Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы "Биоэлементы в физиологии и патологии легких" 11
1.1. Биологическая роль биоэлементов 12
1.2. Связь биоэлементов с механизмами защиты органов дыхания от неблагоприятных воздействий и развитием воспалительной реакции 16
1.2.1. Механизмы защиты органов дыхания 16
1.2.1.1. Система самоочищения респираторного тракта, дыхательной поверхности альвеол и неспецифической бактерицидной защиты. Связь с биоэлементами 17
1.2.1.2. Биоэлементы и свободно-радикальное окисление 24
1.2.1.3. Биоэлементы и иммунная система в защите органов дыхания 34
1.2.2. Роль биоэлементов в регуляции внутриклеточного метаболизма 39
1.2.3. Заключение 43
Глава 2. Материалы и методы исследования 45
2.1. Характеристика обследованного контингента 45
2.1.1. Характеристика здоровых лиц 45
2.1.2. Клиническая характеристика больных пневмонией 45
2.2. Материалы исследования 48
2.2.1. Конденсат выдыхаемого воздуха 48
2.2.2. Волосы 49
2.2.3. Кровь 49
2.3. Характеристика изучаемых параметров в биологических жидкостях 49
2.4. Методы исследования 50
2.4.1. Физические методы 50
2.4.1.1. Определение элементного состава жидкостей и тканей 50
> Подготовка посуды при анализе проб на АЭС-ИСП 51
> Определения содержания элементов в сыворотке крови 52
> Определения содержания элементов в КВВ 52
> Определения содержания элементов в волосах 52
2.4.1.2. Измерение электропроводности КВВ 53
2.4.2. Биохимические методы 55
2.4.2.1. Анализ КВВ на автоматическом биохимическом анализаторе 55
2.4.2.2. Определение продуктов ПОЛ и АРА в КВВ 55
> Определение продуктов ПОЛ 55
> Определение антирадикальной активности 56
2.5. Статистическая обработка результатов 57
Глава 3. Результаты исследования элементного состава КВВ, крови и волос у здоровых и больных с острым воспалительным процессом в легких 58
3.1. Содержание исследованных элементов в КВВ 58
3.2. Содержание исследованных элементов в крови 62
3.3. Содержание исследованных элементов в волосах 64
3.4. Сопоставимость различных объектов исследования элементного состава в норме и при остром воспалении в легких 66
Глава 4 Результаты исследования биохимических параметров КВВ у здоровых лиц и больных пневмонией 73
4.1. Исследование основных биохимических параметров 73
4.2. Исследование состояния перекисного окисления липидов (ПОЛ) и антиоксидантной системы (АОС) 79
Глава 5. Исследование физико-химических свойств КВВ по данным его электропроводности 89
Заключение 93
Выводы 99
Практические рекомендации 100
Список литературы 102
- Система самоочищения респираторного тракта, дыхательной поверхности альвеол и неспецифической бактерицидной защиты. Связь с биоэлементами
- Роль биоэлементов в регуляции внутриклеточного метаболизма
- Сопоставимость различных объектов исследования элементного состава в норме и при остром воспалении в легких
- Исследование состояния перекисного окисления липидов (ПОЛ) и антиоксидантной системы (АОС)
Введение к работе
Неспецифические заболевания легких являются одной из самых распространенных болезней индустриального общества, и с конца 80х годов XX века наблюдается тенденция к росту заболеваемости и летальности как у нас в стране, так и во всем мире [52, 132, 180, 197]. В настоящее время пневмония занимает 5 место в структуре причин смерти после сердечно-сосудистой патологии, онкологических заболеваний, цереброваскулярной патологии и хронических обструктивных заболеваний легких, а среди инфекционных болезней- 1-е место [44, 151, 184, 264, 275].
Рост патологии органов дыхания в России идет на фоне общей тенденции к ухудшению показателей здоровья. К ведущим причинам этого относятся снижение уровня жизни людей, ухудшение качества питания, злоупотребление курением, многочисленные социальные и бытовые проблемы, экологический кризис [14, 23, 27, 37, 109, 159, 235, 278]. Все эти воздействия отражаются на гомеостатическом потенциале, одна из важных составных частей которого -полноценный состав биоэлементов [3, 28, 33, 64].
Биоэлементы являются компонентами систем местной защиты легких, предохраняющих респираторный тракт от патогенных воздействий и обеспечивающих его своевременный саногенез [37]. С другой стороны, они участвуют в контроле функциональной активности клеток в изменяющихся условиях существования, в том числе и при развитии воспалительного процесса, чувствительности их к биологически-активным веществам, играют важную роль в иммунном ответе [37, 46, 64, 102, 219, 226].
Возрастающий интерес исследователей к вопросам изучения обмена различных биоэлементов в организме объясняется накоплением информации о крайне высокой биологической активности и физиологической значимости многих микро- и макроэлементов и их сложных взаимоотношениях при физиологических и, особенно, при патологических состояниях. Элементный состав биосубстратов (кровь, волосы и т.д.) может отражать донозологические стадии развития патологии, способствуя ранней диагностике и профилактике заболеваний, а также являться показателем эффективности лечения и реабилитации пациента. В связи с этим подкомитет ООН по здравоохранению и медицинской технике рекомендует осуществлять контроль содержания в организме человека следующих элементов: натрия, калия, магния, кальция, цинка, меди, железа, никеля, кобальта и селена [39, 51, 268].
Токсемия и нарушение внешнего дыхания при пневмонии сопровождается компенсаторно-адаптивными сдвигами в системе гомеостаза и, в частности, в содержании БЭ как факторов, принимающих непосредственное участие в транспорте кислорода, тканевом дыхании, процессах детоксикации и репарации [119]. Но на сегодняшний день во многом остаются не выясненными молекулярные механизмы развития воспаления в легких и участие в них биоэлементов. Это, например, касается разбалансировки системы перекисное окисление липидов - антиоксидантная защита при пневмонии. Выяснение роли таких биоэлементов с антиоксидантными свойствами, как медь, цинк, марганец, селен в патогенезе воспалительной реакции позволит в дальнейшем шире использовать их в лечении легочной патологии.
Не менее актуальными являются вопросы поиска и разработки альтернативных методов диагностики при заболеваниях легких. Новые подходы должны быть неинвазивными, экономичными, осуществляться по принципам экспресс — исследований, с малым количеством биологического материала. При этом они должны быть достаточно информативными и отражать изменения в организме как на стадии развернутой патологии, так и на стадиях предболезни, ранних проявлений заболевания и этапах реконвалесценции. Перспективным в этом отношении является дальнейшее исследование конденсата выдыхаемого воздуха (КВВ).
Цель работы:
Состояла в изучении элементного статуса у здоровых и больных пневмонией и установлении взаимосвязи между его изменением и развитием процесса острого воспаления.
Задачи исследования:
Изучить элементный состав КВВ у здоровых и больных пневмонией на различных стадиях заболевания.
Изучить элементный состава сыворотки крови и волос для оценки системной реакции организма на острый воспалительный процесс в легких.
Провести анализ взаимосвязи между элементным составом и биохимическими показателями метаболических функций легких по данным исследования КВВ.
Разработать экспресс-метод исследования КВВ, косвенно отражающий его электролитный (элементный) состав.
Научная новизна:
В качественном и количественном отношении в КВВ исследован биоэлементный состав из двенадцати составляющих (алюминий, бор, барий, кальций, магний, хром, медь, марганец, натрий, железо, стронций, цинк) у здоровых и больных пневмонией в периоды разгара и разрешения пневмонии. Содержание В, В a, Mn, Sr определено впервые.
Впервые изучена связь между элементным составом КВВ и его биохимическими характеристиками, отражающими метаболические функции легких (показатели белкового обмена: общий белок, альбумин, мочевина, АсАТ, АлАТ, ГГТ; липидного обмена: триглицериды, холестерин; активности процессов ПОЛ и АРА: ненасыщенные липиды, диеновые конъюгаты гидроперекисей, кетодиены, сопряженные триены, показатель общей антирадикальной активности; энергетического обмена: щелочная фосфатаза, глюкоза, ЛДГ; обмена нуклеиновых кислот: мочевая кислота).
Впервые показана возможность физико-химической оценки КВВ по данным его электропроводности.
Подготовлен обзор литературы, отражающий роль биоэлементов в реализации защитных механизмов бронхолегочной системы и патогенезе воспалительной реакции.
Практическая значимость:
Исследование биоэлементного состава конденсата выдыхаемого воздуха позволяет уточнить особенности реализации механизмов защиты бронхолегочной системы, возможные причины нарушения этих механизмов и связь их с патогенезом острой воспалительной реакции. Данный подход позволит разработать патогенетически обоснованные способы усиления резистентности системы защиты в условиях действия патогенных факторов с целью профилактики бронхолегочной патологии. Изучение ответной реакции элементного состава КВВ, ассоциированной с патофизиологическими процессами при воспалении в легких, даст возможность разработать физико-химические микрометоды и анализаторы для оценки уровня адаптационно-компенсаторных реакций и донозологической диагностики заболеваний в условиях скрининговых исследований определенных групп населения, имеющих факторы риска.
Основные положения, выносимые на защиту:
Для конденсата выдыхаемого воздуха характерен определенный биоэлементный профиль, подверженный значительным изменениям при остром воспалительном процессе в легких и отображающий динамику процесса.
Изменения элементного состава крови и КВВ разнонаправлены и отражают процесс перераспределения БЭ в организме при развитии острого воспаления.
Изменения биохимического состава КВВ (показатели активности системы перекисное окисление липидов - антиоксидантная защита) коррелируют с биоэлементным составом.
Исследование электропроводности КВВ является альтернативным экспресс-методом, косвенно отражающим его электролитный (элементный) состав.
Реализация работы:
По материалам работы подготовлено учебное пособие «Витамины и минеральные вещества в жизни человека», рекомендованное УМО по медицинскому и фармацевтическому образованию министерства здравоохранения РФ для студентов медицинских вузов, интернов, ординаторов, врачей, обучающихся на факультете последипломного образования.
Методика определения электропроводности конденсата выдыхаемого воздуха внедрена в практику работы Дальневосточного окружного медицинского центра.
Система самоочищения респираторного тракта, дыхательной поверхности альвеол и неспецифической бактерицидной защиты. Связь с биоэлементами
Защита органов дыхания, подвергающихся постоянной атаке эндогенными и экзогенными неблагоприятными факторами, осуществляется несколькими взаимосвязанными системами и механизмами. К важнейшим из них Величковский Б.Т. (2000) отнёс следующие [23]: система кондиционирования вдыхаемого воздуха (нагревание, охлаждение, увлажнение); система самоочищения респираторного тракта (механическая очистка воздуха на поверхности верхних дыхательных путей и бронхов и удаление бронхиального секрета, содержащего экзогенные включения); система самоочищения дыхательной поверхности альвеол и неспецифической бактерицидной защиты легких; система метаболизма и обезвреживания токсических веществ и липофильных эндогенных макромолекул; система специфической иммунной защиты от инфекционных возбудителей, чужеродных макромолекул и аутоантигенов. Все системы поддержания гомеостаза в органах дыхания характеризуются высокой эффективностью. Так, механизмы самоочищения легких от пылевых частиц удаляют 97—98% осевшей в них пыли.
Микроорганизмы и пылевые частицы, осевшие при дыхании на слизистой трахеобронхиального дерева, быстро и эффективно выводятся наружу. Пыль, отложившаяся в альвеолах, может оказаться на мукоцилиарном эскалаторе дыхательных путей только при помощи фагоцитоза. Фагоцит, таким образом, объединяет функции выведения и бактерицидной защиты. Маршрут следования фагоцитов, поглотивших пылевые частицы, состоит из двух частей. Первоначально пыль переносится альвеолярными макрофагами в лимфоидные скопления устьев терминальных бронхиол, то есть не столько выводится, сколько концентрируется в тех местах, где не мешает осуществлению газообмена. Лишь затем развертывается следующая стадия процесса, приводящая к удалению пыли из легких.
Это связано с работой основного защитного барьера бронхов -слизьтрахео-бронхиального секрета (ТБС), покрывающего эпителий дыхательной трубки и играющего роль первичной легочной защиты. Он рассматривается как постоянно восстанавливающийся фильтр, удаляющий ингалированные частицы, микроорганизмы и продукты метаболизма. Под влиянием различных механизмов обеспечивается мукоцилиарный клиренс. Основной источник ТБС - секреторный эпителий серозных и слизистых желез трахеи, бронхов, бокаловидных клеток и клеток Клара. В состав секрета входит также сурфактант альвеол. Особое значение имеют протеолитические системы, содержащие ингибиторы протеаз: аі-антитрипсин, антихимотрипсин, антитромбин III, ot2-макроглобулин, действие которых направлено, с одной стороны, на противомикробную защиту, с другой - на нейтрализацию повреждающего действия протеаз микробов и регуляцию активности собственных протеаз. Описанные механизмы защиты работают с обязательным участием таких БЭ как Zn, Vn, Со, Fe, Са [104, 163]. Govindaraju at al. (1997) методом капиллярного электрофореза выявили в ТБС большой набор катионов (Na+, К+, Са2+, Mg2+) и анионов (СГ, N02", N033", S042 , Р042 , НС03 ). Эти ионы участвуют в формировании вязкости и эластичности секрета. ТБС здоровых дыхательных путей содержит на 45% меньше Na+ и СГ, чем внеклеточная жидкость или плазма. К+ , напротив, на 600% больше [136, 143, 187]. Указанный механизм защиты бронхов не нарушает аэродинамики воздушных потоков в альвеолярной области и снижает опасность развития «болезней малых дыхательных путей» - бронхиолитов и др. [133].
Недостаток и избыток жидкой части ТБС нарушает его функцию и способствует развитию воспалительного процесса с последующим склерозом тканевого матрикса и формированием бронхиальной астмы, бронхообструкции, муковисцидоза [136, 157, 206, 218, 225]. Fukuda N. et al. (2001) и Rezaiguia S. et al. (1997) отмечают значительное увеличение трансмембранного перемещения Na+ в альвеолярном эпителии под действием ФНО-а при пневмонии. Механизм выхода из клеток натрия и воды в интерстиций легких и пространство альвеол лежит в основе развития альвеолярного отека при воспалении [142, 220].
Сурфактанты легкого (СЛ) являются важным регуляторным фактором состояния аэрогематического барьера. Они представляют собой композицию из полисахаридных соединений, гликопротеинов, фосфолипидов, состоящих на 90% из дипальмитоилфосфатидилхолина. В состав СЛ входят также сурфактантные протеины (СП), которые относятся к Са2+-зависимым лектинам, и играют чрезвычайно важную роль в функционировании и структурном оформлении сурфактантной системы. Все СП делятся на две группы: гидрофильные (СП-А и СП-D), которые поддерживают гомеостаз фосфолипидов и участвуют в механизмах неспецифической защиты, и гидрофобные (СП-В и СП-С), имеющие отношение к поверхностно-активным свойствам СЛ. СП-А легкого взаимодействуют с липидами и активируют Са" зависимую агрегацию липосом и образование СЛ. Полагают, что СП-А и СП-D, как и другие лектины, могут связываться с водорастворимыми гликопротеинами различных поллютантов и бактериальными липополисахаридами. Это создает условия для удаления и (или) разрушения потенциальных аллергенов и эндотоксинов AM, имеющими рецепторы к коллектинам. Кроме того, СП-А регулирует некоторые функции AM, в частности, активирует фагоцитоз, хемотаксис, продукцию активного кислорода и цитокинов. Предполагается, что СП-А и СП-D в составе сурфактантов играют роль первой линии защиты легких от антигенов наряду с иммуноглобулинами и мукоцилиарной системой бронхов [73, 193. 259].
Роль биоэлементов в регуляции внутриклеточного метаболизма
Механизм перехода срочной адаптации в долговременную связан с увеличением мощности функциональной системы до уровня, диктуемого средой. В этот механизм включается генетический аппарат, активируется синтез нуклеиновых кислот, различных белков, в первую очередь ферментов, участвующих в физиологической защите [87, 104]. Главным условием развития этого механизма является оптимальный уровень работы сигнальной системы клетки.
В последние 10-15 лет достигнут существенный прогресс в выявлении молекулярных механизмов функционирования сигнальных систем клетки, ответственных за восприятие и проведение гормональных и электрических сигналов от рецепторов, локализованных на цитоплазматической мембране, во внутриклеточных компартментах на белоксинтезирующую систему. Достоинствами клеточной сигнализации являются избирательность, высокий коэффициент усиления и строгая направленность проведения. Это определяется рядом факторов, в числе которых следует отметить зависимые от биоэлементов. Это выполнение функций вторичного посредника, роль которого чаще других играет кальций, формирование ионных каналов для Na+, К+, Са2+, различающихся по селективности, проводимости, чувствительности, регуляция уровня экспрессии многих генов, в т.ч. ответственных за иммунный ответ [79, 80, 115]. Так, например, ведущую роль в регуляции иммунных и воспалительных реакций играет транскрипционный фактор NF-кВ (ядерный фактор), существующий в большинстве клеток. NF-кВ участвует в дифференцировке клеток, контроле роста, регуляции иммунного ответа путем активации Т-клеток, запуске синтеза в активированных иммуноцитах ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО-а, р-ИФ, NO-синтазы [46]. БЭ - оксиданты (Cd2+, Ni2+, Ag2+, Fe3+, Al3+, Cu2+, Zn2+) способны при индукции оксидативного стресса в макрофагах и моноцитах стимулировать экспрессию NF-кВ. БЭ - антиоксиданты (Se, Мп, Fe2+, Zn) предотвращают активацию NF-кВ И ингибируют активированный ранее. Таким образом, они блокируют дальнейшую экспрессию "провоспалительных" факторов. Кроме того, Se стабилизирует гены и предотвращает дисбаланс синтеза NF-кВ и экспрессии его ингибитора. P.I. Barnes et al. [152] предполагают, что высокий уровень распространенности бронхиальной астмы в Новой Зеландии связан с низким потреблением селена, как ведущего антиоксидантного БЭ. В тоже время, NF-кВ является своеобразным "дирижером" в оркестре "воспалительных" генов и белков при бронхиальной астме.
Постоянно растет число работ о влиянии различных факторов на содержание железа и, самое главное, о механизме восстановления внутриклеточного баланса этого элемента в организме. В синтезе ДНК, росте и размножении клеток оно играет большую роль. Изучение механизма действия железа в биохимических превращениях активно продолжается. К настоящему времени идентифицированы IRE (iron response element) - "железо-отвечающие" элементы, регулирующие метаболизм железа как в норме, так и при патологии. Эти структуры находятся в иРНК и регулируют трансляцию иРНК трансферринового рецептора на посттранскрипционном уровне. Когда внутриклеточная концентрация железа достаточно высокая, образуются комплексы Fe(II)-IBP (железо-связывающий белок), которые не соединяются с IRE, что дестабилизирует иРНК трансферринового рецептора. Снижение экспрессии рецепторов к трансферрину на клеточной поверхности ограничивает поступление железа [153, 246].
Кремний обнаружен в составе нуклеиновых кислот. ДНК и РНК содержат 0,15-0,35% кремния. Видимо, с этим связано увеличение синтеза малых фрагментов ДНК под его воздействием в эксперименте [46]. Следует отметить, что в структуру нуклеиновых кислот кроме кремния входит не менее 24 БЭ.
Цинк обеспечивает контроль экспрессии генов в процессе репликации и дифференцировки клеток, является частью многих фингерных белков, регулирующих уровень транскрипции других внутриклеточных белков [277]. Системы проведения сигнала в клетки, зависящие от реализации работы ее информационного аппарата, выполняют ключевую роль в координации деятельности многоклеточных ансамблей, в том числе такого сложно устроенного органа, каким являются легкие, и обеспечивают физиологический уровень функционирования гладкомышечных клеток, эпителия воздухо-проводящих систем, альвеолоцитов, макрофагов. Основным триггером сокращения гладкомышечных клеток является прирост концентрации свободного ионизированного кальция (Са ) [242]. Ионотранспортирующая система клеток эпителия дыхательных путей складывается из нескольких этапов [54]. 1. Диффузия ионов натрия в эпителиальную клетку через Na -селективные каналы в апикальной мембране. 2. Перемещение Na+ в подслизистое пространство Na+, К+-АТФазой, локализованной на базолатеральной мембране и функционирующей в режиме электрогенного насоса. 3. Удаление К+ из клетки через К+-каналы. Сопутствующие натрию ионы СП перемещаются как через клетки эпителия, так и через межклеточное пространство по электрохимическому градиенту, созданному работой указанных выше систем. В отличии от №+-каналов к настоящему времени в клетках эпителия дыхательных путей идентифицировано несколько типов СП-каналов[233]: СП-каналы, активируемые цАМФ — зависимой протеинкиназой; О -каналы, активируемые Са" -кальмодулинзависимой протеинкиназой; низкопроводящие каналы, активируемые набуханием клеток. Роль инициаторов работы системы сигнализации в бронхо-легочном аппарате могут выполнять гормоны, нейротрансмиттеры и цитокины: адреналин, простагландины Ei и Е2, лейкотриены, брадикинины, эндотелии, фактор некроза опухоли (TNF-a2), интерлейкины (IL-1) [215, 240].
Сопоставимость различных объектов исследования элементного состава в норме и при остром воспалении в легких
Разгар воспалительного процесса в легочной ткани сопровождается изменением элементного состава как КВВ, так и сыворотки крови. Большинство значений изменяются разнонаправлено. В КВВ мы наблюдали значительное снижение всех показателей от 50 до 100%, а в плазме крови большинство из них возрастает, особенно резко увеличивается содержание цинка (4,5 раза) и меди (почти в 2,5 раза).
Снижение большинства элементов к КВВ является следствием целого ряда патогенетически важных процессов, происходящих при воспалении в легочной ткани. Ряд исследователей в 90х гг. XX века [136, 143, 187, 206, 218, 225, 273] в эксперименте и при исследовании дыхательных путей человека описали общие механизмы ионного транспорта в эпителии респираторного тракта в норме и при патологических состояниях. Так, жидкость, покрывающая дыхательные пути содержит на 45% меньше натрия и хлора, чем внеклеточная жидкость или плазма. Такой градиент концентрации поддерживается с помощью механизмов энергетически зависимого активного транспорта. В работе Joris L. (1993) показано, что при заболеваниях легких, сопровождающихся воспалением (муковисцедоз, бронхиальная астма), происходит дополнительное разведение трахеобронхиального секрета, усиливается его гипотоничность [206]. При пневмонии патогенез развития отека пораженного участка ткани также связан с увеличением трансмембранного перемещения Na+ и воды в интерстиций легких и пространство альвеол под действием ФНО-ос и других цитокинов [142, 220]. Эти процессы не могут не отразиться на составе конденсата выдыхаемого воздуха. Повышенное разведение ТБС как первоисточника КВВ, приводит к некоторому снижению минеральной компоненты в нем. Однако этот механизм не может объяснить разную степень уровней БЭ. Так на фоне того, что концентрация натрия уменьшается на 74,2% в разгар пневмонии в сравнении со здоровыми, цинка — на 67,2% медь и хром практически полностью исчезают из проб. Их уровни падают на 95% и 95,8% соответственно. Данное несоответствие свидетельствует о том, что изменение градиента концентраций не может являться единственным патогенетическим механизмом, объясняющим снижение исследуемых показателей.
В организме человека в ответ на внедрение микроорганизмов и других чужеродных агентов формируется универсальная биологическая реакция с вовлечением энергетических, свободно-радикальных, иммунных, пролиферативных и синтетических процессов, требующих биоэлементного обеспечения. В целом она направлена на устранение патогенного начала, но при гиперактивации систем защиты данные процессы могут нанести и вред организму хозяина, выражающийся на клеточном уровне в массивном повреждении клеточных мембран. Увеличение их пассивной проницаемости способствует выходу из клетки БЭ с преимущественно внутриклеточной локализацией, таких как цинк, алюминий, марганец. Эти процессы могут объяснить относительно разную степень снижения элементов в КВВ. Кроме того, активация защитных систем связана, как правило, с усилением катаболизма в мышечной, жировой ткани и печени, которые являются депо белков, липидов и БЭ. В процессе развития воспалительной реакции значительно возрастает синтез глутатиона, СОД, катал азы, глутатионпероксидазы. Кроме того, эволюция предусмотрела механизмы лимитирования иммунного ответа при избыточном действии провоспалительных агентов. Одним из них является подавление NF-KB витаминами и БЭ с антиоксидантными свойствами [188]. При этом концентрация антиоксидантов может значительно снижаться, вызывая своеобразное перераспределение биоэлементов из тканей-депо, в том числе и легких, к месту синтеза этих защитных факторов в лимфоидную ткань, печень и т.д. Этим можно также объяснить значительное снижение элементов в КВВ и повышение их в крови как основной транспортной среде. В литературе описано такое перераспределение на примере некоторых БЭ. Так, кремний при специфическом туберкулезном воспалении в легких переходит из органов депо в участок туберкулезного процесса, также с транзиторным повышением его концентрации в крови [2].
Наши данные сопоставимы с результатами исследования, проведенного в 1975 - 76 гг. Трубниковым Г.В. [119]. В его работе изучено содержание железа, меди, марганца, никеля, алюминия, хрома и стронция в плазме крови и эритроцитах больных с очаговой и крупозной пневмонией и проведен анализ их в ткани легкого и печени у умерших больных. В исследовании отмечено значительное повышение уровней элементов в плазме, при гораздо меньших изменениях в эритроцитах. При изучении тканей легкого и печени отмечено снижение исследуемых элементов, причем в большей степени - в очаге воспалительного поражения органа дыхания. Полученные изменения автор также связывает с мобилизацией БЭ из тканей в кровь, с повышением их содержания преимущественно в транспортной среде - в плазме. Значительное снижение элементов в патологическом очаге он связывает с выраженной утилизацией их на окисление и инактивацию продуктов воспаления, а также сокращением их поступления из-за воспалительного отека и нарушения микроциркуляции [119]. Сравнивая результаты, полученные Трубниковым Г.В. и наши, можно сделать вывод о том, что элементный состав КВВ отражает патологические изменения в легком, а это еще раз подчеркивает исключительную ценность его анализа при заболеваниях легких, и позволяет подтвердить феномен перераспределения элементов в организме с существенным повышением их плазменных уровней при развитии воспаления.
Исследование состояния перекисного окисления липидов (ПОЛ) и антиоксидантной системы (АОС)
Начальную стадию воспаления, не зависимо от его глубины и распространенности, рассматривают как дистрофически-деструктивный процесс изменения мембранного аппарата клетки, включая ее органеллы. Эти изменения сопровождаются выходом в межклеточное пространство жидкой части плазмы, содержащей ферменты и различные метаболиты. Следствием является своеобразный отек окружающей ткани, экссудация жидкости в просвет альвеол. С данным процессом можно связать увеличение в КВВ общего белка, причем главным образом за счет альбумина, имеющего наименьший молекулярный вес (ОБ увеличивается в 2,9 раза, АБ - в 3,9 раза). На содержании белка в КВВ может отражаться также активация иммунной системы, преимущественно ее гуморального звена с привлечением в органы дыхания цитокинов, острофазных белков. Данные процессы подтверждаются обнаружением в КВВ С-реактивного белка [21], интерлейкинов-4,8,10 [ПО] и снижением количества минеральных веществ (бор, железо, марганец, цинк), которые участвуют непосредственно в иммуногенезе, повышая иммунитет за счет синтеза антител, интерферонов и поддержания функции лимфоидной ткани, Т- и В-лимфоцитов.
Прогрессирующий отек и нарушение «воздушности» легочной ткани способствует нарушению трофики, формированию состояния нарастающей гипоксии и гипоэнергетического кризиса метаболизма. Эти изменения рассматриваются организмом как стресс и запускают каскад адаптационных реакций, направленных на корректировку описанных нарушений. Данные процессы протекают с активным участием ряда микроэлементов и требуют их перераспределения в организме с мобилизации из тканей-депо. Увеличивается объем анаэробного окисления с большой затратой энергетических субстратов. В крови и тканях (легких) возрастает уровень глюкозы за счет активации гликогенолиза и глюконеогенеза. Это может объяснить увеличение в КВВ глюкозы и уменьшение некоторых, сопряженных с указанными процессами, БЭ. Так, марганец необходим для активации гликолиза и глюконеогенеза; бор увеличивает количество нуклеозидтрифосфатов, и, в частности УТФ -основного макроэрга обмена углеводов; магний активирует синтез АТФ. Глюконеогенез инициируется глюкокортикостероидами, под действием которых усиливается катаболизм белков, освобождение аминокислот, используемых через аланин и пировиноградную кислоту в синтезе глюкозы. Усиление процессов трансаминирования и дезаминирования аминокислот происходит при адекватном увеличении активности аминотрансфераз [57] и сопровождается ростом уровня мочевины. Это объясняет их более высокое содержание в КВВ в разгар заболевания на фоне снижения марганца, одна из функций которого - участие в синтезе мочевины.
В условиях гипоксии и стрессового выброса адреналина активируется фосфолипаза А2, изменяющая состояние и проницаемость липидной матрицы мембран [100] за счет изменения структуры фосфолипидов и образования мембранодеструктивного фактора - лизофосфолипидов. Активируются системы транспорта глюкозы связанные с механизмом ее дефосфорилирования щелочной фосфатазой, количество которой в данных условиях возрастает.
Все это служит предпосылками значительного повышения уровней АсАТ, Ал AT, ЩФ, ГГТ, ЛДГ, КФК и глюкозы в органоспецифической жидкости (КВВ).
Для увеличения эффективности биоэнергетических систем при снижении мощности цикла Кребса подключается сукцинатный тип окисления, который по своей мощности оказывается на порядок выше традиционных путей биоэнергетики, особенно при развитии гиперметаболизма. Его активация, усиление гликолиза, накопление Н-ионов из-за подавления работы цепи переноса электронов в митохондриях в условиях недостатка кислорода, «закисание» цитоплазмы приводит к дополнительному повреждению клеток, в первую очередь их мембран, приводящему к дисбалансу трансмембранного обмена клеточных катионов и анионов. Одновременно блокируется транспорт Са внутрь митохондрий и происходит накопление его в цитоплазме. Это является дополнительным фактором торможения синтеза АТФ. В цитоплазме повышается концентрация АМФ и неорганического фосфата, изменяется соотношение адениловых нуклеотидов, что сказывается на образовании необходимых для синтеза нуклеиновых кислот (НК) нуклеозидтрифосфатов, требующих участия бора. Катаболизм НК начинает преобладать над анаболизмом. С этой позиции можно рассматривать увеличение в КВВ мочевой кислоты и уменьшение бора, хрома, магния и цинка, использующихся на синтез, стабилизацию и упаковку в соответствующих структурах ДНК и РНК.
Пируват, образующийся в цитоплазме, не может в условиях гипоксии подвергаться окислительному декарбоксилированию и превращаться в ацетил-КоА. Его избыток при участии ЛДГ восстанавливается до лактата и в дальнейшем увеличивается постоянно, что должно быть обеспечено возрастающей концентрацией ЛДГ. Из-за потери способности митохондрий окислять НАД Нг в них быстро снижается концентрация продуктов цитратного цикла (цитрата, малата, а-кетоглютарата). Нарастающий недостаток АТФ приводит к дальнейшему увеличению проницаемости мембран и, как следствие, повышению пассивного переноса ионов через них.
На этом этапе воспаления из-за снижения продукции АТФ происходит существенное подавление пластических процессов, в том числе синтеза важнейших компонентов клеточных мембран - фосфолипидов. Так, например, из митохондриальных мембран альвеолоцитов II типа исчезают молекулы фосфатидилхолина и фосфатидилсерина, возникают мультимембранные структуры, похожие на липосомы [62]. Прямым следствием данного процесса является нарушение биогенеза сурфактанта и его дестабилизация, несмотря на то, что начальные стадии развития патологии, стадии адаптации и компенсации нарушенных структур и функций сопровождаются усилением липогенеза (фосфолипогенеза) и сурфактантной защиты легкого. В этих процессах активно участвует Mg и Мп, уровень которых в КВВ снижается. Возможно, что значительное увеличение магния у выздоравливающих пациентов в сравнении со здоровыми связано с восстановительным фосфолипогензом в эту стадию заболевания и дополнительным привлечением БЭ в ткань легкого.
Патогенетический процесс, формирующий воспалительную реакцию в легком, сопровождается гиперактивацией процессов ПОЛ, приводящих к дополнительному повреждению мембран, нарушению их пассивной проницаемости и активного транспорта. Разрушение мембранных структур объясняет увеличение в КВВ их компонентов — триглицеридов и холестерина.
При прогрессировании воспаления происходит усугубление описанных процессов, дальнейшее нарушение субклеточных структур вплоть до некроза клетки с выходом белков, ферментов, метаболитов и последующей морфологической перестройкой в органе дыхания. Все это способствует усилению общей интоксикации, степени дыхательной недостаточности, удлинению сроков реабилитации пациентов.
