Обмен веществ в очаге воспаления

Изменения обмена веществ

Биологический смысл изменений обмена веществ заключается в энергетическом и пластическом обеспечении процессов, протекающих в очаге воспаления. На начальном этапе воспаления в тканях преобладают реакции катаболизма, а при активации процессов пролиферации начинают доминировать анаболические реакции. Изменения метаболизма в существенной мере регулируются медиаторами воспаления. В очаге воспаления, а нередко и в организме в целом, происходит перестройка всех видов обмена веществ: углеводного, белкового, жирового и водно-солевого, что приводит к физико-химическим изменениям в очаге воспаления.

• Углеводы

♦ Активируются гликогенолиз и гликолиз, обеспечивающие увеличение выработки макроэргических соединений.

♦ Под влиянием разобщителей окисления и фосфорилирования нарушается образование АТФ в цикле Кребса и энергия выделяется в виде тепла.

♦ Гликолиз в условиях гипоксии в очаге воспаления переходит на анаэробный путь, следствием чего является накопление избытка лактата и пирувата, которые формируют метаболический ацидоз.

♦ Возобновление оксигенации тканей, как правило, сопровождается нормализацией энергетического обеспечения клеточных процессов.

• Липиды

♦ Усиливаются липолиз (он сопровождается накоплением свободных ВЖК) и деструкция липидов за счёт интенсификации реакций СПОЛ (с образованием перекисей и гидроперекисей липидов, кетокислот).

♦ В связи с накоплением в клетках свободных ВЖК отмечаются их разобщающий эффект и снижение эффективности тканевого дыхания в митохондриях. ВЖК обладают также детергентным действием (см. раздел «Повреждение мембран», глава 4).

♦ Накопление избытка кетокислот (ацетоуксусной, β-оксимасляной, β-кетоглутаровой и других) вследствие нарушения окисления ВЖК обусловливает ацидоз и вторичную альтерацию в очаге воспаления.

♦ Образующаяся в избытке арахидоновая кислота служит субстратом для образования Пг, тромбоксанов и лейкотриенов.

• Белки

♦ Активируется протеолиз, продукты которого служат субстратом синтеза клеточных компонентов взамен повреждённых.

♦ Развиваются иммунные (в том числе – иммунопатологические) реакции (в связи с денатурацией белков как собственных погибших клеток, так и флогогенного агента). Включение клеточных и гуморальных механизмов иммунитета обеспечивает обнаружение, деструкцию и элиминацию антигенно чужеродных структур.

• Ионы и вода

♦ Расстраивается энергетическое обеспечение селективного переноса катионов и снижается активность катион-зависимых мембранных АТФаз (?+,К+-АТФазы, Са2+Mg2+-АТФазы). Это вызывает нарушение формирования МП и ПД, развитие стойкой деполяризации мембран возбудимых клеток (например, кардиомиоцитов и нейронов).

♦ Нарушается вне- и внутриклеточное соотношение между отдельными ионами. Происходит потеря клеткой К+, Mg2+ и накопление их в межклеточной жидкости. В клетку поступают Na+ и Са2+.

♦ Высвобождается дополнительное количество катионов (К+, Na+, Са2+, железа, цинка) при гидролизе солей и поступлении большого количества Са2+ из повреждённых внутриклеточных депо (митохондрий и цистерн эндоплазматической сети).

♦ Значительно увеличивается осмотическое давление внутри клеток и их органелл, что сопровождается перерастяжением и разрывом их мембран.

Реакция сосудов микроциркуляторного русла при воспалении Изменения регионарного кровотока, стадии и механизмы развития этих изменений в динамике воспалительного процесса.

Источник

На начальном этапе воспаления в ткани
(не только зоны первичной, но и вторичной
альтерации) преобладают реакции
катаболизма, затем — при развитии
артериальной гиперемии и активации
процессов пролиферации, как правило,
начинают доминировать анаболические
реакции.

Углеводный обмен: в очаге воспаления
метаболизм углеводов претерпевает
характерные изменения, выражающиеся в
преобладании гликолиза и развитии
ацидоза.

Проявления

увеличение поглощения тканью кислорода
при одновременном снижении эффективности
окисления глюкозы в процессе тканевого
дыхания;
активация гликогенолиза и гликолиза;
уменьшение уровня АТФ в ткани;
накопление избытка лактата и пирувата.

Липидный обмен: обмен липидов в
очаге воспаления характеризуется
доминированием липолиза над реакциями
их синтеза.

Проявления

активация процессов липолиза и накопление
продуктов липолиза
торможение реакций синтеза липидов
активация перекисного окисления липидов
и накопление перекисей и гидроперекисей
липидов

Обмен веществ в очаге воспаления

Рис. 7. — Изменения
метаболизма липидов в очаге воспаления

(по П.Ф. Литвицкому,
2002)

Белковый обменхарактеризуется
преобладанием протеолиза над процессами
протеосинтеза.

Проявления

активация процессов протеолиза и
накопление продуктов протеолиза.
торможение реакций протеосинтеза.
денатурация молекул белка (образование
аутоантигенов).

Обмен веществ в очаге воспаления

Рис. 8. — Изменения
метаболизма белков в очаге воспаления
(по П.Ф. Литвицкому,
2002)

Обмен ионов и воды

Для ионов и воды характерен трансмембранный
дисбаланс ионов, увеличение внутриклеточного
содержания Na+иCa2+и внеклеточного содержанияK+и Mg2+, гипергидратация клеток и
отёк ткани в очаге воспаления.

Проявления

нарушения распределения ионов по обе
стороны плазмолеммы; происходит потеря
клеткой K+,Mg2+,
микроэлементов и накопление их в
межклеточной жидкости. В клетку же
поступаютNa+,Ca2+и некоторые другие ионы.
нарушения соотношения между отдельными
ионами как в клетке, так и вне клетки в
результате расстройства механизмов
трансмембранного переноса ионов.
гипергидратация ткани в очаге воспаления
в связи с высокой гидрофильностью
накапливающихся в нём Na+иCa2+, а также
продуктов гидролиза органических
соединений.
высвобождение дополнительного количества
катионов (K+,Na+,Ca2+, железа, цинка)
при гидролизе солей, распаде гликогена,
белков и др. органических соединений,
а также клеточных мембран.
выход большого количества Ca2+из повреждённых внутриклеточных депо
(митохондрий и цистерн эндоплазматической
сети и митохондрий).

Медиаторы воспаления

В ходе первичной и вторичной альтерации
высвобождаются большие количества
разнообразных медиаторов и модуляторов
воспаления.

Медиаторы воспаления — БАВ, образующиеся
при воспалении, обеспечивающие
закономерный характер его развития и
исходов, формирование местных и общих
признаков. По происхождению делятся на
гуморальные (образующиеся в жидких
средах — плазме крови и тканевой
жидкости) иклеточные. Всегуморальные
медиаторы являются предсуществующими,
т.е. имеются в виде предшественников
до активации последних (производные
комплемента, кинины и факторы свертывающей
системы крови).Среди клеточных
медиаторов выделяют предсуществующие
(депонированные в клетках в неактивном
состоянии) — вазоактивные амины,
лизосомальные ферменты, нейропептиды,
ивновь образующиеся (т.е. продуцируемые
клетками при стимуляции) — эйкозаноиды,
цитокины, лимфокины, активные метаболиты
кислорода (таб. 2–4).

Таблица 2. Клеточные предшествующие
медиаторы воспаления

Основные группы	Основные медиаторы	Основные источники	Основные эффекты
Вазоактивные амины	Гистамин	Базофилы Тучные клетки Тромбоциты	Вазодилятация Повышение проницаемости сосудов Спазм гладкой мускулатуры
Вазоактивные амины	Серотонин	Тромбоциты	Зуд Угнетение гранулоцитов Стимуляция моноцитов-макрофагов и фибробластов
Лизосомальные факторы	Протеиназы	Гранулоциты Моноциты-макрофаги	Тканевая деструкция Усиление эмиграции и фагоцитоза Стимуляция моноцитов-макрофагов и фибробластов Пролиферация и активация лимфоцитов
Лизосомальные факторы	Неферментные катионные белки	Гранулоциты	Микробицидность Повышение проницаемости сосуда Дегрануляция тучных клеток Адгезия и эмиграция лейкоцитов
Нейропептиды	Вещество Р Кальцитонин-генродственный пептид Нейрокинин А	С-волокна афферентных нейронов	Вазодилятация Повышение проницаемости сосудов Дегрануляция тучных клеток Спазм гладкой мускулатуры
Нейромедиаторы	Ацетилхолин	Холинергические нейроны	Вазодилятация Спазм гладкой мускулатуры Стимуляция лейкоцитов

Таблица 3. Клеточные, вновь образующиеся,
медиаторы воспаления

Основные группы	Основные медиаторы	Основные источники	Основные эффекты
Производные арахидоновой кислоты (эйкозаноиды)	Простагландины	Моноциты-макрофаги Гранулоциты Тромбоциты	Активация лейкоцитов Вазодилятация Боль
	Тромбоксаны	Моноциты –макрофаги Гранулоциты Тромбоциты	Агрегация тромбоцитов Спазм гладкой мускулатуры Активация гранулоцитов
	Лейкотриены Гидроокси- и гидропер-оксиэйкозатетраеновые кислоты Липоксины	Моноциты-макрофаги Гранулоциты Тромбоциты	Активация лейкоцитов Повышение проницаемости сосудов (ЛTC4, D4, E4) Вазодилятация Спазм гладкой мускулатуры (ЛTC4, D4, E4, липоксины)
Фосфолипиды	Фактор, активирующий тромбоциты	Гранулоциты Тучные клетки Моноциты-макрофаги	Спазм гладкой мускулатуры Вазодилятация Повышение проницаемости сосудов Активация лейкоцитов Агрегация тромбоцитов
Монокины	Интерлейкин-1 Фактор некроза опухоли	Моноциты-макрофаги	Активация лейкоцитов и других клеток Пролиферация и активация лимфоцитов Усиление фагоцитоз Стимуляция пролиферации и активации фибробластов Стимуляция тканевой деструкции
Лимфокины	Фактор, активирующий макрофаги. Фактор, угнетающий макрофаги. Интерлейкин-2	Т-лимфоциты	Активация и угнетение макрофагов Стимуляция гранулоцитов и лимфоцитов Активация естественных киллеров
Активные формы кислорода	Супероксид-анион Гидроксил-анион Пергидроксил-анион Синглетный кислород Перекись водорода Гипохлорид	Гранулоциты Моноциты-макрофаги	Тканевая деструкция Активация гранулоцитов Стимуляция фагоцитоза Угнетение моноцитов
Другие малые молекулы	Окись азота	Моноциты-макрофаги Гранулоциты	Тканевая деструкция Активация гранулоцитов

Таблица 4. Гуморальные медиаторы
воспаления

Основные группы	Основные медиаторы	Основные источники	Основные эффекты
Производные комплемента	С5b-С9 С5а des Arg С5аС3а	Плазма Тканевая жидкость	Тканевая деструкция (С5b-С9) Активация лейкоцитов Повышение проницаемости сосудов (С5а, С3а) Дегрануляция тучных клеток (С5а, С3а) Спазм гладкой мускулатуры (С3а)
Кинины	Брадикинин Каллидин	Плазма Тканевая жидкость	Вазодилятация Повышение проницаемости сосудов Спазм гладкой мускулатуры Угнетение гранулоцитов Стимуляция лимфоцитов и фибробластов Боль
Факторы свертывающей системы крови	Фибринопеп-тиды Продукты деградации фибрина	Плазма	Активация лейкоцитов Усиление фагоцитоза

Источник

Главная / Издательство / Особенности нарушения обмена веществ в очаге воспаления

2.1.9. Особенности нарушения обмена веществ в очаге воспаления

Развитие альтерации, сосудистых изменений в зоне воспаления законо-мерно сочетается с типовыми расстройствами метаболизма. Прежде всего следует отметить резкое увеличение обмена веществ на стадии артериальной гиперемии в связи с усилением оксигенации, повышением активности фер-ментов гликолиза и аэробного окисления. В эксперименте было показано, что потребление кислорода при этом повышается на 30-35%. Одновременно про-исходит возрастание кровотока в системе микроциркуляции, что также спо-собствует улучшению трофики тканей в зоне артериальной гиперемии и по-вышению температуры в очаге воспаления. Однако это длится недолго – на протяжении 2-3 часов в центральных участках воспалительного очага, а по периферии – несколько дольше.

Последовательная смена артериальной гиперемии венозной в зоне воспа-ления приводит к резкому снижению напряжения кислорода со 100-110 мм рт. ст. до 10-15 мм рт. ст., что сопровождается подавлением активности мета-болических реакций в клетках поврежденной ткани. Необходимо отметить, что нарушение обменных процессов является не только следствием дефицита кислорода. Так, в очаге острого воспаления происходят набухание митохонд-рий различных клеток, разобщение аэробного окисления и сопряженного с ним окислительного фосфорилирования. При этом активируется гликолиз, накапливаются молочная, яблочная, янтарная, -кетоглутаровая кислоты, не-доокисленные продукты липолиза и протеолиза (жирные кислоты, полипеп-тиды, аминокислоты, кетоновые тела).

Избыточное накопление кислых метаболитов лежит в основе развития в зоне острого воспаления вначале компенсированного, а затем декомпенсиро-ванного метаболического ацидоза. Причем, чем интенсивнее выражено вос-паление, тем более глубокими оказываются сдвиги кислотно-основного со-стояния в очаге альтерации. Так, при остром абсцессе рН гнойного экссудата может снизиться до 5,0.

Наряду с повышением кислотности в зоне воспаления возрастает онкоти-ческое и осмотическое давление в тканях. Это, в определенной мере, являет-ся результатом катаболических процессов – крупные молекулы расщепляют-ся на более мелкие, их концентрация нарастает. Наблюдаются деполимериза-ция белково-гликозаминогликановых комплексов, распад белков, жиров, уг-леводов и накопление продуктов распада: свободных аминокислот, уроновых кислот, аминосахаров, полипептидов, низкомолекулярных полисахаридов. Катаболические процессы затрагивают и соединительную ткань, что приво-дит к дезорганизации околокапиллярного соединительнотканного скелета, и таким образом потенцируются расстройства микроциркуляции в зоне воспа-ления.

Повышение осмотического давления в очаге воспаления обусловлено вы-ходом из поврежденных клеток ионов Nа+, К+, Са2+, макро-молекулярных анионов, усиленной диссоциацией солей вследствие ацидоза ткани, а также нарушением выведения осмолей из очага воспаления на стадии венозной ги-перемии и стаза. Так, в гнойном экссудате концентрация ионов К может дос-тигать 100-200 мг%, тогда как в нормальных тканях она не превышает 20 мг%. Повышение онкоосмотического давления в очаге воспаления способст-вует экссудации и развитию местного отека.

Характеризуя состояние энергетического обеспечения клеток в зоне ост-рого воспаления, следует отметить, что активация окислительно-восстановительных реакций на стадии артериальной гиперемии сопровожда-ется и усилением синтеза макроэргических соединений и, соответственно, активацией различных энергозависимых реакций в клетках. Между тем на стадии венозной гиперемии в связи с развитием локального метаболического ацидоза, набухания митохондрий, разобщения процессов окислительного фосфорилирования и дыхания уровень макроэргических соединений в клет-ках снижается. Общеизвестен факт, что энергетический выход при полном окислении одной молекулы глюкозы составляет 36 молекул АТФ, в то время как в процессе гликолиза на одну молекулу глюкозы приходится лишь обра-зование 4 молекул АТФ («чистый» энергетический выход составляет 2 моле-кулы АТФ).

В условиях дефицита кислорода, прогрессирующего в фазе венозной ги-перемии и стаза, увеличивается содержание АДФ, АМФ, неорганического фосфата в клетках. В то же время избыточные концентрации АДФ в клетках обеспечивают выраженную активацию фермента фосфо-фруктокиназы, кото-рая лимитирует реакцию, определяющую общую скорость гликолиза, а именно фосфорилирование фруктозо-6-фосфата с образованием фруктозо-1,6-дифосфата. При высоком уровне оксигенации тканей в зоне артериальной гиперемии, когда увеличивается концентрация АТФ, активность фосфофрук-токиназы заметно снижается, подавляется и интенсивность гликолитических реакций.

Итак, на фоне прогрессирующей гипоксии, свойственной венозной гипе-ремии и стазу, возникает дополнительная стимуляция процессов гликолиза, еще больше нарастает концентрация водородных ионов, формируется пороч-ный круг. Однако, если поместить альтерированную ткань в зону чистого ки-слорода, возникает прямой эффект Пастера, то есть подавление гликолиза дыханием, начинается интенсивное потребление кислорода тканями. Это связано с тем, что в митохондриях скорость переноса электронов и скорость образования АТФ определяются, в первую очередь, концентрацией АДФ и фосфата, которые и являются активаторами дыхания. Этот феномен, то есть изменение скорости дыхания в соответствии со сдвигами концентрации АДФ, носит название дыхательного, или акцепторного контроля. Итак, АДФ и фосфат служат важнейшими внутриклеточными регуляторами энергетиче-ского обеспечения клеток. Этот механизм регуляции сохраняется и в зоне воспаления.

Одновременно с катаболическими процессами в поврежденной ткани ак-тивируются анаболические процессы. Они определяются уже на ранних эта-пах воспалительного процесса, но выражены еще слабо. На поздних стадиях воспаления возрастает синтез ДНК и РНК в клетках, повышается активность клеточных ферментов, активируются процессы окисления и окислительного фосфорилирования, увеличивается выход макроэргов.

В очаге воспаления накапливаются высокоактивные фибробласты, гис-тиоциты, гранулоциты, мононуклеары, обеспечивающие очищение зоны аль-терации и выделяющие биологически активные вещества, стимулирующие размножение клеточных и соединительнотканных элементов в очаге воспа-ления.

предыдущий раздел | содержание| следующий раздел

Источник

Патологическая физиологияТатьяна Дмитриевна Селезнева

24. Изменение обмена веществ в очаге воспаления. Механизмы пролиферации при воспалении

Развитие альтерации, сосудистых изменений в зоне воспаления закономерно сочетается с типовыми расстройствами метаболизма. Причем на стадии артериальной гиперемии возникает резкое увеличение интенсивности обмена веществ в связи с усилением оксигенации, трофики воспаленной ткани за счет возрастания кровотока в системе микроциркуляции. Однако последовательная смена артериальной гиперемии венозной в зоне воспаления приводит к развитию явлений престаза, стаза, резкому снижению напряжения кислорода, что обусловливает подавление окислительно-восстановительных реакций, накопление промежуточных продуктов гликолиза, липолиза, протеолиза, в частности молочной, пировиноград-ной, жирных кислот, аминокислот и др. Избыточное накоп-ление кислых метаболитов лежит в основе развития в зоне альтерации в начале компенсированного, а затем декомпенсированного метаболического ацидоза.

На фазе венозной гиперемии в связи с развитием локального метаболического ацидоза возникает комплекс типовых нарушений: набухание митохондрий, разобщение процессов окислительного фосфорилирования и дыхания, снижение уровня макроэргических соединений в клетках, подавление различных энергозависимых реакций, в частности трансмембранного переноса ионов, синтеза белков и др.

В условиях ацидоза возникает выраженная дестабилизация биологических мембран, в частности цито-плазматических и лизосомальных. Секреция нейтрофилами и моноцитами протеиназ, катепсинов, миелопероксидазы, катионных белков, кислых гид-ролаз, эластазы в зоне альтерации воздействует на межклеточный матрикс очага воспаления, приводя к его деградации.

Продукты стимулированных нейтрофилов вызывают дегрануляцию тучных клеток, активируют систему комплемента, калликреин-хининовую систему, систему свертывания крови и фибринолиза.

Пролиферация является завершающей фазой развития воспаления, обеспечивающей репаративную пролиферацию тканей на месте очага альтерации. Размножение клеточных элементов начинается по периферии очага воспаления, в то время как в центре его могут еще сохраняться явления альтерации и экссудации.

Восстановление и замещение поврежденных тканей начинается с выхода из сосудов молекул фибриногена и образования фибрина, который формирует своеобразную сетку, каркас для последующего клеточного размножения.

Деление, рост и перемещение фибробластов возможно только после их связывания с фибрином или коллагеновыми волокнами.

Наряду с фибробластами размножаются и другие тканевые и гематогенные клетки. Из тканевых клеток пролиферируют эндотелиальные клетки, которые формируют новые капилляры.

Фибробласты вместе с вновь образованными сосудами образуют грануляционную ткань. Это, по существу, молодая соединительная ткань, богатая клетками и тонкостенными капиллярами, петли которых выступают над поверхностью ткани в виде гранул. Грануляционная ткань постепенно превращается в волокнистую ткань, называемую рубцом.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Обмен веществ в очаге воспаления

Медиаторы воспаления

Похожие главы из других книг: