Воспаление
Защитная реакция тканей и её хроническая форма.
Что такое воспаление
Воспаление — это координированная защитная реакция живой ткани на повреждение или угрозу повреждения. Она помогает ограничить источник проблемы, удалить повреждённые клетки и микроорганизмы, а затем запустить восстановление ткани.
Воспаление возникает при самых разных воздействиях: инфекции, механической травме, ожоге, химическом раздражении, попадании инородного материала, отмирании клеток, нарушении кровоснабжения или ошибочном нападении иммунной системы на собственные ткани.
Воспаление — не отдельная болезнь, а биологический процесс. Его признаки и последствия зависят от причины, места, силы и длительности реакции. Оно может быть полезным и необходимым, но чрезмерное, длительное или неправильно направленное воспаление способно само повреждать ткани.
>Классические признаки воспаления
Четыре классических признака воспаления — покраснение, тепло, отёк и боль — описали ещё в античной медицине. Позже к ним добавили пятый — нарушение функции. Они хорошо заметны при воспалении кожи и поверхностных тканей, но не всегда выражены при воспалении внутренних органов.
Покраснение и местное повышение температуры связаны прежде всего с расширением мелких артерий и артериол. В очаг поступает больше крови. Тепло также зависит от температуры крови и усиления обменных процессов. Это не означает, что вся температура тела обязательно повышается.
Отёк возникает, когда из расширенных и более проницаемых микрососудов в ткань выходит жидкость с растворёнными белками. Накапливающуюся воспалительную жидкость называют экссудатом. Она отличается от бедной белком жидкости, которая скапливается при обычном нарушении давления и называется транссудатом.
Боль вызывают химические медиаторы воспаления, включая брадикинин и простагландины, а также давление отёчной жидкости на нервные окончания. Даже при небольшом повреждении боль может быть сильной, если медиаторы воспаления и отёк длительно раздражают болевые рецепторы.
Нарушение функции — пятый признак, добавленный к классическим четырём. Отёк, боль, повреждение клеток и изменение работы ткани могут ограничивать движение, дыхание, переваривание пищи или работу органа — в зависимости от места воспаления.
С чего начинается воспалительная реакция
Воспаление начинается с распознавания повреждения или чужеродной структуры. В этом участвуют клетки самой ткани, клетки иммунной системы и белки плазмы крови.
Распознающие рецепторы — белки, способные обнаруживать молекулярные признаки угрозы. Они реагируют на два основных типа сигналов:
- PAMP (паттерны, связанные с патогенами) — характерные молекулярные структуры микроорганизмов, например компоненты бактериальной клеточной стенки или вирусные нуклеиновые кислоты. Патоген — это организм или частица, способные вызывать болезнь.
- DAMP (паттерны, связанные с повреждением) — молекулы, высвобождающиеся из повреждённых или погибающих клеток. Они показывают, что ткань повреждена, даже если инфекции нет.
К распознающим рецепторам относятся TLR — Toll-подобные рецепторы, расположенные на поверхности клеток или внутри них, и некоторые внутриклеточные системы, формирующие инфламмасому. Инфламмасома — белковый комплекс внутри клетки, который активирует воспалительные сигналы, включая созревание некоторых цитокинов.
Первые сигналы могут распознавать макрофаги, дендритные клетки, тучные клетки, клетки эндотелия и эпителия. Эндотелий — слой клеток, выстилающий внутреннюю поверхность кровеносных сосудов. Тучные клетки хранят и выделяют медиаторы воспаления, в том числе гистамин.
Изменения кровеносных сосудов
После распознавания угрозы клетки очага выделяют сигнальные вещества — медиаторы воспаления. Это биологически активные молекулы, которые изменяют поведение сосудов, лейкоцитов и других клеток.
- Гистамин быстро расширяет мелкие сосуды и увеличивает проницаемость их стенок. Он часто выделяется тучными клетками.
- Простагландины — липидные медиаторы, участвующие в боли, местном повышении температуры и расширении сосудов.
- Лейкотриены — липидные медиаторы, усиливающие привлечение лейкоцитов и некоторые сосудистые реакции.
- Цитокины — сигнальные белки, с помощью которых клетки иммунной системы и ткани координируют воспаление. К ним относятся, например, интерлейкины и фактор некроза опухоли.
- Хемокины — подгруппа цитокинов, создающих химические градиенты и направляющих движение лейкоцитов к очагу воспаления.
Под действием этих сигналов артериолы расширяются, кровоток в очаге увеличивается, а стенки посткапиллярных венул становятся более проницаемыми. Через них в ткань выходят плазма, белки и некоторые клетки крови.
Экссудат — воспалительная жидкость, содержащая относительно много белка. В ней могут находиться фибриноген, антитела и другие компоненты плазмы. После выхода фибриноген превращается в фибрин — белок, образующий нити и сетчатый каркас. Фибрин может помогать ограничить распространение повреждения, но его избыток способствует образованию спаек и рубцовой ткани.
Как лейкоциты попадают в очаг
Лейкоциты — белые клетки крови — не просто пассивно вытекают из сосуда. Их выход проходит через несколько последовательных этапов.
Из-за замедления кровотока лейкоциты смещаются от центральной струи крови к стенке сосуда. Это называется маргинацией — приближением клеток к периферии кровотока.
Белки-селектины на эндотелии и лейкоцитах образуют непрочные контакты. Клетки начинают катиться по внутренней поверхности сосуда. Этот этап называют роллингом (rolling — «катание»).
Хемокины активируют интегрины — белки сцепления на поверхности лейкоцитов. Интегрины прочно связываются с молекулами эндотелия, и клетка останавливается. Это называется адгезией, то есть прикреплением.
Диапедез — прохождение лейкоцита между клетками эндотелия из сосуда в ткань. После выхода клетка движется по химическому градиенту к источнику сигнала. Такое направленное движение называют хемотаксисом.
При остром воспалении одними из первых обычно прибывают нейтрофилы. Это многочисленные клетки врождённого иммунитета, способные поглощать микроорганизмы и повреждённые частицы. Позже часто прибывают моноциты, которые в ткани могут превращаться в макрофаги. Последовательность зависит от причины, ткани и продолжительности воспаления и не является абсолютно одинаковой во всех случаях.
Как организм устраняет причину
После прибытия в очаг лейкоциты распознают, поглощают и обезвреживают частицы или микроорганизмы. Основные механизмы зависят от типа угрозы.
- Фагоцитоз — захват и поглощение частиц клеткой. Фагоцит, например нейтрофил или макрофаг, окружает объект мембраной и помещает его внутрь клетки.
- Фагосома — пузырёк внутри клетки, содержащий поглощённый объект. Она сливается с лизосомой, образуя фаголизосому, где содержимое разрушается ферментами и другими микробицидными механизмами.
- Оксидативный взрыв — быстрое образование активных форм кислорода внутри фагоцита. Эти химически активные молекулы помогают уничтожать микроорганизмы, но при избытке могут повреждать собственные ткани.
- Антимикробные вещества — ферменты, белки и активные молекулы, разрушающие микроорганизмы. Нейтрофилы также могут выбрасывать внеклеточные сети NETs (нейтрофильные внеклеточные ловушки) — сетчатые структуры из ДНК и белков, удерживающие микробы. Избыток NETs может усиливать повреждение тканей и свёртывание крови.
- Система комплемента — группа белков плазмы, которые могут покрывать микроб для облегчения фагоцитоза, привлекать иммунные клетки и в некоторых случаях повреждать мембрану микроорганизма.
При повреждении без инфекции макрофаги и другие клетки удаляют погибшие клетки и клеточный мусор. Это необходимо, чтобы очистить ткань и подготовить её к восстановлению.
Как воспаление завершается
В норме воспаление не должно продолжаться бесконечно. После устранения причины меняется набор сигналов: уменьшается приток новых лейкоцитов, прекращается усиление сосудистой реакции, а клетки очага начинают удалять погибшие клетки и избыток жидкости.
Разрешение воспаления — активный регулируемый процесс, а не простое исчезновение симптомов. Макрофаги поглощают погибшие нейтрофилы и остатки клеток; часть медиаторов разрушается или перестаёт вырабатываться; лимфатические сосуды отводят избыток жидкости и белков.
Важную роль играют специализированные медиаторы разрешения воспаления — липидные сигнальные молекулы, включая липоксины, резолвины, протектины и марезины. Они не просто «выключают» иммунитет, а переключают реакцию с привлечения новых клеток на удаление мусора и восстановление ткани.
После очищения ткани возможны разные варианты исхода:
- Восстановление структуры. Дефект закрывается клетками того же типа (регенерация) или их сочетанием с соединительной тканью, а функция восстанавливается.
- Рубцевание. При значительном повреждении или слабой способности ткани к восстановлению дефект заполняется соединительной тканью. Рубец восстанавливает прочность, но не всегда возвращает исходную функцию.
- Переход в хроническое воспаление. Если причина сохраняется или регулирование нарушено, воспаление продолжается и изменяет ткань.
Острое и хроническое воспаление
Острое воспаление развивается быстро — обычно в течение минут или часов — и длится от нескольких часов до дней. В нём особенно заметны сосудистая реакция и приток нейтрофилов. Примеры: реакция на порез, ожог, бактериальную инфекцию или кратковременное повреждение.
Хроническое воспаление продолжается неделями, месяцами или годами. В нём одновременно могут присутствовать активные иммунные клетки, повреждение ткани и попытки восстановления. Часто участвуют макрофаги, лимфоциты и плазматические клетки, а длительное течение может приводить к фиброзу — избыточному накоплению соединительной ткани.
Острое воспаление может перейти в хроническое, если инфекция или другой раздражитель сохраняется, если повреждение повторяется или если нарушены механизмы завершения реакции. Хроническое воспаление также может начинаться постепенно, без выраженной острой фазы.
Системное воспаление
Если медиаторы воспаления действуют не только в одном очаге, а на весь организм, возникает системная воспалительная реакция. Её признаки зависят от силы и причины процесса.
Цитокины, попавшие в общий кровоток, воздействуют на мозг, печень, костный мозг, сосуды и другие органы. Могут возникать:
- повышение температуры тела из-за изменения работы центра терморегуляции;
- озноб, слабость, сонливость и снижение аппетита;
- ускорение пульса и дыхания;
- изменения числа лейкоцитов в крови;
- выработка печенью белков острой фазы.
Белки острой фазы — белки, концентрация которых меняется в крови во время системной воспалительной реакции. Например, C-реактивный белок, или CRP (англ. C-reactive protein), вырабатывается преимущественно печенью и может повышаться при воспалении. Сам по себе повышенный CRP показывает наличие воспалительного сигнала, но не определяет его причину и место.
Лихорадка — регулируемое повышение температуры тела, при котором организм временно устанавливает более высокую «целевую» температуру. Это отличается от гипертермии — перегревания, при котором температура повышается без управляемой смены этой цели, например при перегреве окружающей среды.
Почему воспаление становится хроническим или избыточным
Некоторые микроорганизмы или паразиты долго сохраняются в организме и поддерживают постоянный приток воспалительных сигналов. Организм не может быстро устранить причину, поэтому реакция продолжается.
При аутоиммунном заболевании иммунная система ошибочно атакует собственные клетки или ткани. Воспаление поддерживается иммунной реакцией даже без внешнего возбудителя. Примеры включают ревматоидный артрит, системную красную волчанку и воспалительные заболевания кишечника.
При аллергии иммунная система чрезмерно реагирует на обычно безвредное вещество — аллерген. В реакции особенно важны IgE (иммуноглобулины класса E — антитела), тучные клетки и гистамин. Возможны насморк, зуд, отёк, бронхоспазм и другие проявления.
Нарушения обмена веществ, ожирение, курение, длительное воздействие загрязнителей, кристаллы мочевой кислоты при подагре и повторяющееся механическое повреждение могут поддерживать воспалительные сигналы даже без инфекции.
Воспаление и лечение
Лечение зависит от причины воспаления, его места и тяжести. Само уменьшение температуры или боли не устраняет причину процесса.
- Антибиотики применяют против определённых бактериальных инфекций, но они не лечат вирусные инфекции и не нужны при каждом воспалении.
- Противовоспалительные препараты уменьшают образование или действие медиаторов воспаления. К ним относятся нестероидные противовоспалительные препараты и глюкокортикостероиды; у каждого есть показания, противопоказания и возможные побочные эффекты.
- Противоаллергические средства применяют, когда воспаление связано с аллергической реакцией.
- Хирургическое лечение может потребоваться, если необходимо удалить гной, инородное тело, омертвевшую ткань или другой источник воспаления.
- Поддерживающее лечение направлено на восполнение жидкости, контроль дыхания, температуры и работы органов при тяжёлом состоянии.
Самостоятельный приём антибиотиков или гормональных препаратов может быть опасен. Выбор лечения требует установления причины и оценки рисков медицинским специалистом.
Когда нужна медицинская помощь
Поводом обратиться к врачу могут быть высокая или длительная температура, быстро распространяющееся покраснение, сильная боль, выраженный отёк, гной, ухудшение общего состояния или симптомы, которые не проходят.
Срочная помощь нужна при затруднённом дыхании, отёке лица или языка, спутанности сознания, обмороке, синюшности, резком падении давления, сильной слабости или сочетании высокой температуры с нарушением работы органов.
Связи с другими системами
- Иммунная система: воспаление — один из главных механизмов врождённой защиты, который также взаимодействует с приобретённым иммунным ответом. Подробнее — в разделе Иммунная система.
- Кровь и сосуды: кровь доставляет лейкоциты, антитела, белки комплемента и медиаторы к очагу, а сосудистая стенка управляет их выходом в ткань. Подробнее — в статье Кровь.
- Лимфатическая система: лимфатические сосуды отводят избыток жидкости и белков из воспалённой ткани, а лимфоузлы помогают обрабатывать принесённые антигены. Подробнее — в статье Лимфатическая система.
- Кожа и ткани: кожа и эпителий образуют барьер, а соединительная ткань обеспечивает сосудистую, клеточную и восстановительную реакцию. Подробнее — в разделе Ткани.
Итак, воспаление — это управляемая защитная реакция на инфекцию, повреждение или другую угрозу. Она включает распознавание сигнала, изменение работы сосудов, выход жидкости и лейкоцитов, устранение причины и активное разрешение процесса. Кратковременное воспаление помогает защитить и восстановить ткань, а длительное или чрезмерное воспаление может само стать причиной повреждения. Поэтому важно не просто подавлять симптомы, а понимать причину и выбирать лечение с учётом конкретной ситуации.