Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ГРИППА И ВИРУСНО-БАКТЕРИАЛЬНЫХ ПНЕВМОНИЙ (по материалам многопрофильных стационаров г. Красноярска)

Сергеева И. В., Демко И. В.,

1.3. Иммунопатогенез гриппа

Патогенез гриппа – это сложный процесс, который состоит из комплекса процессов, развивающихся на всех этапах репродукции возбудителей и их распространения в организме, а также процессов, развивающихся при взаимоотношении возбудителей с защитными системами хозяина, то есть с компонентами врожденного и приобретенного иммунитета. Многие авторы [6, 41, 60, 83] единодушны во мнении, что на внедрение возбудителя организм отвечает сложной системой защитно-приспособительных реакций, направленных на ограничение его репродукции и последующую элиминацию, а в конечном итоге – на полное восстановление возникающих структурно-функциональных нарушений. К таким процессам относятся ранний защитный воспалительный процесс (фагоцитоз, активация системы комплемента, системы гемостаза, секреция цитокинов, усиление апоптоза клетки, аутофагии, хемотаксис нейтрофилов и лейкоцитов, развитие местной сосудистой реакции), клеточный и гуморальный иммунный ответ [34, 44, 100, 158].

Выделяют четыре фазы, общие для всех этиологических форм заболеваний [6]:

1. Внедрение возбудителей и их репродукция в эпителиальных клетках респираторного тракта, отторгающихся вместе с новыми вирусами.

2. Проникновение возбудителя в кровяное русло с развитием токсических или токсикоаллергических реакций, а при гриппе, кроме того, альтеративной воспалительной реакции на уровне сосудов (эндотелиоз) с повышением проницаемости капилляров, а в наиболее критических случаях – и микроциркуляторных нарушений.

3. Формирование воспалительного процесса с присущей для возбудителя локализацией.

4. Исход: выздоровление, бактериальное осложнение или смерть.

По утверждению Киселева О.И., 2012, «входными» воротами для респираторных вирусов являются слизистые оболочки респираторного или кишечного (в ряде случаев) трактов. Далее запускаются все основные этапы репродукции, смысл которых заключается в воспроизведении большого количества копий родительских вирионов, и их выход из клетки с поражением новых клеток и передачей потомства вирусов другому хозяину [6].

По утверждению большинства авторов, поверхность клетки покрыта множеством (104–105 на одну клетку) рецепторов (молекул белковой или углеводной природы, гликопротеиды), необходимых для транспорта ионов, молекул, макромолекул. Вирусы приспособились использовать их в своих целях, при этом для каждого вируса на поверхности клеток имеется несколько рецепторов, поэтому блокирование известного рецептора не всегда приводит к полному прекращению инфекционного процесса [34, 90, 103, 106, 166].

В чрезвычайно короткие сроки развиваются своеобразные патоморфологические изменения, общие и специфические для каждого возбудителя [6]. Общие изменения:

1) появление цитоплазматической и внутриядерной деструкции эпителиальных клеток, максимум – в период разгара инфекции;

2) нарушение функциональной активности и целостности ресничек и, соответственно, мукоциллиарного клиренса;

3) повсеместные дистрофические изменения эпителия и возможное появление серозного или серозно-геморрагического экссудата в просвете дыхательных путей и альвеол [13, 22].

Согласно современным представлениям, ранние цитокиновые реакции (РЦР) на вирусные инфекции лежат в основе естественного иммунитета [6, 70, 105, 125]. Считается, что классическим примером РЦР является выработка интерферонов сразу после инфицирования клеток [6]. Начало внутриклеточной репродукции вируса гриппа сопровождается не только образованием интерферонов, но и последующим разрушением вирусных геномных РНК и мРНК.

РЦР на 1-м этапе вирусного инфицирования. α/β-ИФН (ИФН 1-го типа) активируют естественные киллеры (ЕК) и цитоксические Т-лимфоциты (ЦТЛ). Вследствие этого на 1-м этапе вирусного инфицирования локально (во входных воротах инфекции), по утверждению Ершова Ф.И. и Киселева О.И., 2006, происходят взаимосвязанные события:

● Внутриклеточная ингибиция ИФН репродукции вирусов.

● Удаление с помощью ЕК и ЦТЛ инфицированного материала.

● Защита незараженных клеток вновь синтезированным ИФН [6].

РЦР на 2-м этапе вирусного инфицирования. При массивном заражении, пониженной иммунобиологической резистентности,
ИФН-дефиците, действии других неблагоприятных факторов (экология, стрессы, хронические заболевания и др.) развивается острая или хроническая инфекция [6], что сопровождается продукцией каскада ранних цитокинов, активацией CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов с последующим развитием Т- и В-опосредованного иммунного ответа. При этом, помимо α/β-ИФН, синтезируются другие ранние цитокины – ФНО-α и γ-ИФН (ИФН 2-го типа), образуются ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-10, ИЛ-15, ИЛ-18 (Biron C.F., 2001), а также трансформирующий фактор роста (ТФР). При возможной вариабельности РЦР неизменно синтезируются α/β-ИФН, что рассматривается как характерный признак вирусного инфицирования [41, 47, 60, 100, 135].

Следует отметить, что α/β-ИФН дают ряд так называемых непротивовирусных эффектов: лейкопению, лимфаденопатию, миграцию ядросодержащих клеток из красной пульпы в белую пульпу селезенки, то есть происходит перераспределение клеток для последующих иммунорегуляторных эффектов [6, 59, 121]. Указанные выше цитокины продуцируются моноцитами/макрофагами, ЕК, полиморфноядерными лейкоцитами, клетками различных органов и тканей (табл. 1).

Таблица 1

Ранние цитокины, формирующиеся в ответ на вирус гриппа

К цитокинам с прямым противовирусным действием относятся α/β-ИФН и ФНО-α, которые продуцируются ЕК-клетками. ФНО-α усиливает зависимую от ИЛ-12 продукцию α/β-ИФН (Boyer N., 2001) [6, 59, 121].

Эффекторные механизмы 2-го этапа РЦР [6, 59, 121]:

● Продукция α/β-ИФН.

● Активация ЕК и ЦТЛ-клеток.

● Продукция γ-ИФН.

● Перераспределение лимфоцитов.

● Экспрессия генов ИЛ-1, ФНО-α.

● Каскадная активация продукции других цитокинов.

Динамика развития противовирусной защиты. Показано, что ИФН 1-го типа играют основную роль в местной и системной противовирусной защите. Считают, что эффективность индукторов ИФН выше, чем более своевременно они используются для профилактики и терапии вирусных инфекций. Разделяют несколько стадий в процессе индукции при оптимальной силе сигнала или дозировке индуктора [6, 59, 121]:

● Взаимодействие индуктора с рецептором.

● Накопление кластера рецепторов с лигандом.

● Аккумуляция сигнала.

● Активация каскада протеинкиназ.

● Транслокация транскрипционного активатора в клеточное ядро.

● Активация транскрипции генов, в данном случае ИФН 1-го типа.

● Транскрипция гена (-ов), процессинг, транспорт МРНК в цитоплазму, трансляция.

● Накопление ИФН, секреция.

Установлено, что обычная индукция занимает 2–6 часов, при гриппе максимальный уровень ИФН в периферической крови достигается через 12 часов [6, 59, 151]. Следует отметить, что α/β-ИФН оказывают не только прямое противовирусное действие, но и запускают реакции специфического иммунитета, контролируют развитие иммунного ответа Th 1-го типа и, в конечном итоге, обеспечивают активацию Т-клеточного противовирусного иммунитета [6, 59, 151]. В то же время важен баланс между α/β-ИФН и провоспалительными цитокинами (ИЛ-1β, ИЛ-6, ФНО-α), ибо выраженная локальная провоспалительная реакция играет важную роль в диссеминации вирусной инфекции [6, 59, 151].

В тех случаях, когда система защиты совершенна, инфекционный процесс может прерваться или, оставаясь локализованным, не сопровождаться развитием выраженных клинических симптомов, то есть адекватность защитных реакций приводит к быстрой инактивации возбудителя, восстановлению нарушенных функций организма и выздоровлению [6, 44, 135, 137]. Иная картина возникает в организме, высоко восприимчивом к данному возбудителю и не располагающем достаточным механизмом защиты [6]. В таких случаях репродуцирующиеся во все возрастающем количестве возбудители и продукты их взаимодействия с эпителиальными и иммунными клетками, а также сами разрушенные клетки попадают в кровь, обусловливая развитие тяжелых форм течения болезни, формирование осложнений и возможный неблагоприятный исход [34, 78, 174].

В индуктивных зонах слизистых происходят процессы иммунологического распознания, презентации антигена Т- и В-лимфоцитам и формирование популяции антигенспецифических лимфоидных клеток [6]. В эффекторных зонах слизистых завершается процесс антигензависимой дифференцировки, происходят иммунные реакции, выделение цитокинов и секреторных IgA, функционирование цитотоксических Т-лимфоцитов. После обработки и представления антигена макрофагами, дендритными клетками запускается механизм адаптивного иммунитета и формируются специфические антитела и цитотоксические Т- и В-лимфоциты. В результате иммунного ответа антигенспецифические Т- и В-лимфоциты накапливаются в участке проникновения и наибольшей концентрации антигена, что приводит к эффективному действию клеточных и гуморальных реакций [6].

Исследованиями последних лет [103, 106] показана значительная роль в процессах антивирусной активности семейства толл-рецепторов (toll-like), экспрессированных на многих клетках (моноциты, макрофаги, нейтрофилы, ЕK-клетки и, в меньшей степени, эозинофилы, Т- и В-лимфоциты), состоящих из 11 трансмембранных одноцепочечных белков со сходными механизмами взаимодействия со структурами вирусов (белки, гликопротеины, липопротеины, РНК и ДНК) при формировании и проведении в ядро клетки активационного сигнала, ведущего к повышению защитных неспецифических реакций организма, в частности воспалительного ответа. Предполагают, что дефекты толл-рецепторов могут явиться одной из причин развития тяжелой формы и летального исхода при многих вирусных инфекциях [103, 106].

Эффективное распознавание вируса гриппа приводит к созреванию дендритных клеток (продукция ИФН 1-го типа, активация натуральных киллеров), активации макрофагов (секретируют ИЛ-1,
ИЛ-6, ФНО-α, ИЛ-12, лизируют инфицированные клетки через апоптоз-зависимый механизм), активации ЕК-клеток, которые выявляются через 48 часов после внедрения вируса гриппа и продуцируют ИФН-γ, ограничивая вирусное распространение путем лизиса инфицированных клеток с помощью перфоринов [6, 59, 151]. Уровни назального и легочного ИФН-α/β быстро увеличиваются после инфекции и коррелируют с уровнем вирусной репликации [6, 59, 151].

Все факторы защиты между собой связаны и взаимозаменяемы. Чем выше активность воспалительной реакции, тем выше их интенсивность, в том числе цитокино- (интерфероно-, интерлейкино-) и антителообразования [6, 59, 151].

Известно, что в ходе иммунного ответа неактивированные Т-хелперы (Тh0) участвуют в первичном распознавании антигена и в зависимости от вида антигена, его дозы и пути введения, а также индивидуальных особенностей иммунной системы превращаются в Т-хелперы 1-го или 2-го типа (Тh1 или Тh2) [6, 59, 151]. Основными цитокинами Тh1 являются ИФН-γ, ИЛ-2, ИЛ-12, ФНО-α [6, 59, 151]. Основными цитокинами Тh2 являются ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-9, ИЛ-10, ИЛ-13 [6, 59, 151].

В свою очередь, факторы, влияющие на дифференцировку Th2, отличаются от тех, которые индуцируют Th1, а в некоторых случаях имеют противоположную направленность. Активация Th2 при гриппе приводит к синтезу ИЛ-4 и ИЛ-10, подавляющих продукцию Т-лимфоцитами ИЛ-1, ИЛ-2, а также активность ИЛ-12, ИФН-α, ИФН-γ и NK-клеток [6, 59, 151].

Согласно данным авторов [13, 22], установлено, что факторами риска развития тяжелых форм гриппа у детей являются значительное повышение уровня ИЛ-1β и уровня ИЛ-8, а универсальным фактором риска развития осложнений при гриппе является низкое содержание в крови ИФН-γ как в острый период, так и в динамике. Высокие показатели IL-8 и IL-10, стабильно сохраняющиеся или нарастающие в динамике при сниженных показателях интерферонообразования, являются факторами риска развития осложнений при гриппе, особенно, при сопутствующих заболеваниях ЦНС и хронических заболеваний легких. В случае снижения уровня ИЛ-8 при резком нарастании в динамике ИЛ-4 в совокупности со стабильно сохраняющимся высоким уровнем ИЛ-1β (показателем температурной реакции) и низких показателях ИФН-γ грипп является провоцирующим фактором обострения хронической бронхолегочной патологии [6, 13, 22].

При недостаточном образовании ИЛ-4, ИЛ-10, ИЛ-13 развивается цитокиновый шторм, являющийся пусковым механизмом развития синдрома системной воспалительной реакции (ССВР) с риском формирования синдрома полиорганной недостаточности (заключительного этапа тяжелых инфекционных процессов), преимущественно имеющего место при гриппе, обусловленном новым вариантом вируса [6].

Доказано, что Th1-клетки обеспечивают развитие клеточных форм иммунного ответа, активируя макрофаги и поддерживая пролиферацию цитотоксических Т-лимфоцитов, что способствует формированию длительно сохраняющегося иммунитета после перенесенного заболевания [6, 59, 151].

По утверждению Киселева О.И., 2012, при гриппе активированные моноциты выделяют хемокины (ИЛ-8), класс провоспалительных цитокинов, необходимых для активации нейтрофилов и моноцитов и привлечения этих клеток в очаг воспаления, инициируют локальное воспаление в результате вовлечения нейтрофилов и базофилов в процесс хемотаксиса. Активация макрофагов приводит к метаболизированию арахидоновой кислоты с образование и выделением лейкотриена β4 [6].

Вместе с тем продукты, образующиеся при чрезмерной активности иммунологических и окислительно-метаболических процессов, обладают токсическими свойствами и губительно действуют на функции респираторных органов и всего организма в целом. При этом возможно развитие локального или генерализованного системного воспалительного ответа, при котором установлена зависимость между уровнями ряда цитокинов и выраженностью катаболизма, расстройствами кислородного транспорта, функциональными нарушениями в жизненно важных органах. Особенно часто это проявлялось при заражении человека вирусом птичьего гриппа H5N1 [67, 86, 188].

Согласно данным различных источников (Садыков А.С., 1988; Вершинина М.Ю., 2002; Васильева И.А., 2002; Biron C.A., 2001–2002) наиболее важной функцией специфических антител в защите от вирусов гриппа является нейтрализация. Гемагглютинин и нейраминидаза распознаются CD4+ Т-лимфоцитами, что приводит к индукции синтеза специфических антител. Анти-НА-антитела препятствуют заражению клетки, то есть предотвращают инфекцию, а анти-NA-антитела предотвращают выход вируса из инфицированных клеток (уменьшается вирусное распространение) [6]. Сывороточные IgМ, IgG и IgA, а также антитела, секретируемые местно в верхнем респираторном тракте (секреторный IgA) участвуют в резистентности к гриппозной инфекции. Первыми В-клетки продуцируют IgM, позднее при первичном ответе, а также при повторном ответе преобладают IgG и IgA [6, 13, 22].

Доказано, что секреторный IgA обладает способностью предупреждать адгезию антигенов к поверхности эпителиальных клеток слизистых оболочек, и фагоцитоз – а это важная составная часть воспаления, осуществляемая клетками мононуклеарно-макрофагальной системы (макрофаги, полиморфноядерные лейкоциты, моноциты, плазматические клетки), при котором реализуется цитолитический потенциал по отношению к возбудителям [6, 13, 22].

В отличие от сывороточных IgG и IgA, секреторный IgA более эффективно нейтрализует вирусы, бактериальные токсины, ферменты, агглютинирует бактерии, снижает колонизацию вируса на слизистых путем образования иммунных комплексов как на слизистой поверхности, так и внутри инфицированных эпителиальных клеток без повреждения тканей, препятствует репликации и вирусному выходу из инфицированной клетки, уменьшает прикрепление вируса гриппа и предотвращает его проникновение в клетку [6, 13, 22]. Согласно данным исследованиям Bernard P.A. (Bernard P.A. и соавт., 2001), было доказано, что важная роль секреторного IgA заключается в функционировании антигенпредставляющих клеток и развитии противовирусных Т-клеток памяти, а также в подавлении адгезии широкого спектра микроорганизмов к эпителиальным клеткам.

По данным Киселева О.И. [6], дефицит IgA вызывает повышение чувствительности к вирусу гриппа, а вот чем выше концентрация IgG в сыворотке крови, тем больше IgG будет находиться на слизистой оболочке респираторного тракта и тем сильнее будет защита от гриппа. Сывороточный IgG нейтрализует вирус гриппа в межклеточном пространстве, тем самым препятствует репликации вируса гриппа, происходит защита нижнего отдела респираторного тракта и вирус гриппа не проникает в другие органы и ткани. Известно, что у человека уровень вирусной репликации связан с тяжестью заболевания [6]. Доказано, что противогриппозные сывороточные IgG эффективны в защите против гомологичной вирусной инфекции и менее эффективны против антигенных вариантов вируса гриппа [6]. Считается, что сывоторочный IgG предотвращает летальный исход при гриппе и развитие пневмонии, а секреторный IgА препятствует вирусной репликации на слизистой оболочке респираторного тракта, обеспечивая при этом эффективность вирусной нейтрализации [6].

Клеточный иммунитет обеспечивается специфическими цитотоксическими лимфоцитами (CD8+), и это «играет важную роль в контроле гриппозной инфекции» [6]. Главными мишенями CD8-лимфоцитов являются внутренние белки вируса гриппа, а именно NP-белок. Специфические CD8+ Т-лимфоциты способны ограничивать перенос вируса гриппа из верхних отделов респираторного тракта в легкие, контролировать вирусную инфекцию путем прямого лизиса инфицированных клеток и секреции антивирусных цитокинов, таких как ИФН-γ и ФНО-α [6, 59, 151].

Изменение метаболизма и функции клеток при гриппозной инфекции во многом определяется активацией процессов протеолиза во всех органах, но особенно в легочной ткани, вследствие высвобождения большого количества протеиназ из нейтрофильных гранулоцитов на границах с воздухом (дыхательный или метаболический взрыв) [6, 15, 16]. Доказано, что нарушения в системе протеолитического контроля в сторону увеличения протеолитической активности с образованием повышенных концентраций активных форм кислорода и окиси азота являются процессами взаимосвязанными. Их синергизм и утрата барьерных функций клеточных мембран – важнейшая причина генерализации вирусной инфекции, так как в этих условиях вирионы могут распространяться в эпителии бронхов и альвеол от клетки к клетке до формирования цитопатической реакции («туннельный эффект») [6, 15, 16]. Чем быстрее по времени разыгрывается этот процесс, тем тяжелее течение заболевания.

По мнению Маянского Д.Н. [39], можно говорить, что воспалительная реакция развивается при обязательном участии фагоцитов, прежде всего полиморфноядерных лейкоцитов (ПМЯЛ) и моноцитов. Процессы усиления фагоцитарной активности нейтрофилов сопровождаются метаболической перестройкой, при которой в очаг воспаления привлекается большое число нейтрофилов и макрофагов.

Выявленные Эндаковой Э.А. с соавторами (1997) закономерности временного соотношения регрессии клинических симптомов и мембранодеструктивных процессов при ряде проанализированных ими заболеваний привели к выделению этапа метаболической ремиссии. Этап метаболической ремиссии после перенесенной инфекции, по сути, и есть период реконвалесценции.

Течение гриппа, как правило, острое и независимо от серотипа возбудителя, для болезни характерна цикличность течения с последующей сменой периодов: инкубационного, продромального, разгара и реконвалесценции. Циклический вариант заболевания может
рассматриваться как эталон адекватного иммунного ответа на внедрение вируса и соответствовать благоприятному исходу заболевания.

Вместе с тем, при безусловном значении для клинических проявлений заболевания его этиологического фактора и массивности инвазии возбудителей, решающую роль играет совокупная активность факторов специфической и неспецифической резистентности организма [6].

Инициация запрограммированной гибели клетки (апоптоза) является ключевой стратегией, способной ограничить репликацию вируса на первичных этапах инфекции [8, 86, 154]. В последнее время Tripathi S. и др., 2013, выявлена способность к индукции апоптоза нуклеопротеина (внутреннего белка вириона) в эпителиальных клетках дыхательных путей человека. Важной особенностью апоптоза является отсутствие воспалительной реакции соседних клеток на продукты распада, так как деградирующая клетка сохраняет целостность мембраны до конечных стадий процесса, а затем подвергается фагоцитозу.

Ряд работ продемонстрировали роль апоптоза в патогенезе гриппа А(H1N1)pdm09. Так, Yang N. и др., 2011, обнаружили индукцию апоптоза в эпителиальных клетках под действием вируса гриппа А(H1N1)pdm09.

Использование при гриппозной инфекции индуктора апоптоза AHPN (6-[3-(1-адамантил)-4-гидроксифенил]-2-нафталенкарбоновой кислоты) на экспериментальных моделях животных в период репарации процессов в легких (4–7 сутки после инфицирования) может способствовать уменьшению площади очагов поражения в легочной ткани, угнетению воспалительной инфильтрации, способствуя предотвращению хронических поражений легких в исходе постгриппозных пневмоний в результате ограничения пролиферации клеток бронхиолярного эпителия [8, 86, 154]. Работами Tran A.T. и др., 2013, показана роль BAD (ингибитора каспаз) в подавлении апоптоза при гриппозной инфекции [207]. Помимо митохондриального пути активации каспаз, для вируса гриппа установлен и рецепторный путь их активации. В этом случае происходит активация рецепторов Fas, с последующим присоединением адаптора FADD (Fas-associated protein with death domain) и активацией каспазы 8. При этом, ингибирование активности FADD, каспазы-8, каспазы-3 и экспрессии анти-апоптотических белков (FLIP и Bcl-XL) приводило к уменьшению репликации вируса гриппа на культуре клеток [8, 86, 154].

Несмотря на многочисленные исследования, посвященные механизмам патогенеза гриппа [13, 22, 33, 45], до настоящего времени сохраняет свою актуальность продолжение научного поиска в данной области.