Эндотоксиновая агрессия и дисфункция эндотелия

1. Эндотоксиновая агрессия и дисфункция эндотелия Конев Ю.В. Кафедра терапии, гериатрии и профилактики МГМСУ

2. Далеко не все исследователи даже изучающие микрофлору выстилющую кишечную стенку, другие слизистые оболочки и кожу человека разделяют тезис о еще одном «органе» человека. Несмотря на то что, этот «орган»  весит около двух килограммов и насчитывает порядка 1014 клеток (сто биллионов) клеток микроорганизмов. Это число на порядок превышает число собственных клеток организма-хозяина, то есть – человеческих.

3. В последние годы стало формироваться мнение об участии в патогенезе ряда болезней эндотоксина - эндогенного гликолипопротеида, постоянно образующегося из наружной части грам-отрицательных бактерий самообновляющегося пула кишечной микрофлоры.

4. Структура эндотоксинового комплекса

6. Есть мнение что - Эндотоксин является вируснолипидопротеиновым комплексом (старые клиницисты называют его марантическим ядом) - вызывает развитие воспалительных и общетоксических явлений

7. Малые количества кишечного эндотоксина специфических липополисахаридов клеточных оболочек всех грамотрицательных бактерий (протеолитическая флора) могут оказывать полезное действие на чувствительность макроорганизма к бактериальному заражению родственными микробами и могут влиять на синтез иммунных тел к другим антигенам.

8. В повышенных количествах эндотоксин оказывает общее токсическое действие, является прооксидантом, через систему туморнекротизирующий фактор- - цитокины-интерлейкины 2 и 6 поддерживает иммунное воспаление не только в печени и поджелудочной железе, а также стимулирует клетки Купфера и липоциты к выработке грубого коллагена, инициируя фиброзирование печени. Эндотоксин - специфический липополисахарид, 95% которого является кишечного происхождения и продуцируется представителями протеолитической флоры (эшерихия и бактероиды).

9. С 1992 г. после исследования Вone оформилось понятие синдромасистемноговоспалительногоответа (ССВО). Хотя еще в высказываниях И.И. Мечникова указывалось на воспаление, особенно его сосудистый компонент, как на универсальную защитную реакцию (В основе лежит более высокое содержание эндотоксина)

10. Крайние степени синдромасистемноговоспалительногоответа (ССВО), а именно синдром полиорганной недостаточности (СПОН) достаточно изучены, а вот начальные формы проявления этого синдрома до сих пор недостаточно изучены .

11. Бактерии и токсины через воротную вену попадают в печень. Если же они  в обход печени через Ductusthoracicus  проникают в лимфатическую систему, то они могут оказывать непосредственное влияние на эндотелий легких .   Последствием функционального повреждения целостности кишечного эндотелия слизистой оболочки и эпителиального барьера является транслокация бактерий  и их ДНК, а также токсинов  в воротную вену.   Таким образом, например, липополисахарид  (LPS) - компонент внешней оболочки грамотрицательных бактерий -  взаимодействует с LPS-связывающим протеином (LBP) и транспортируется в печень. Макрофаги печени (звездчатые  ретикулоциты) и моноциты активируются и высвобождают воспалительные медиаторы. Это служит предпосылкой развития синдромасистемноговоспалительногоответа (ССВО)   LPS может способствовать развитию   нарушений функций  кишечного барьера посредством следующего механизма. LPS в высоких концентрациях непосредственно активирует CD14 клетки эндотелия  кишечника, в результате чего теряется целостность эндотелия.

12. Терапевтические возможности уменьшения активации макрофагов и клеток эндотелия Иммуноглобулины (IgM, IgG) Нейтрализация эндотоксинов (LPS) и тейхоевой кислоты (LTA) Нейтрализация цитокинов Бета2 –адреноблокаторы, ибупрофен, витамин С, ацетилсалициловая кислотаTNFα, IL-1β, IL-6, IL-8Подавление активирования NF-kBБета2 -адреноблокаторы  , Бета2 - катехоламин Поддержка образования IL-10 (подавление воспаления)

13. Терапевтические возможности уменьшения активации макрофагов и клеток эндотелия Иммуноглобулины (IgM, IgG) Нейтрализация эндотоксинов (LPS) и тейхоевой кислоты (LTA) Нейтрализация цитокинов Бета2 –адреноблокаторы, ибупрофен, витамин С, ацетилсалициловая кислотаTNFα, IL-1β, IL-6, IL-8Подавление активирования NF-kBБета2 -адреноблокаторы  , Бета2 - катехоламин Поддержка образования IL-10 (подавление воспаления)

14. Клетки эндотелия также активируются этими медиаторами и выделяют молекулы адгезии. Взаимодействие обоих типов клеток приводит к высвобождению медиаторов с последующим выраженным проявлением  «капиллярной протечки»  (capillary leak): лейкотриены вызывают сокращение эндотелия свободные кислородные радикалы и эластаза разрушают эндотелиальный клеточный каркас .   «Капиллярная протечка» в рамках повреждения клеток эндотелия может быть также вызвана  вовлеченными  в апоптозный процесс лимфоцитарными факторами. Взаимодействие нейтрофилов с эндотелием   Полиморфно-ядерные нейтрофилы (PMN) являются основной эффекторной клеткой взаимодействия с эндотоксином и играют решающую роль в развитии синдромасистемноговоспалительногоответа (ССВО). Медиаторы воспаления и бактериальные токсины, проходящие через  капиллярное ложе, могут активировать PMN на поверхности эндотелия.

15. Свертывание и воспаление    Моноциты, активированные бактериальными токсинами, такими как LPS, высвобождают значительные количества тканевого фактора («tissuefactor»), что приводит к активированию каскада свертывания  вплоть до рассеянного  внутрисосудистого свертывания (DIC - disseminatedintravasalcoagulation) .   Следующим эффектом  действия LPS  является Down-регуляция эндотелиального рецептора   тромбомодулина и подавление вследствие этого системы протеина-С, а также усиление DIC.   В регуляции воспалительных процессов играют определенную роль так же различные факторы свертывания.  Активированный протеин С может уменьшить воспаление благодаря подавлению  NF-kB-сигнального пути и уменьшению высвобождения цитокинов макрофагами.Антитромбин может уменьшить воспалительный процесс в клетках эндотелия благодаря индукции синтеза простациклина  (PGl2)   PGl2 оказывает противовоспалительное действие благодаря подавлению нейтрофилов и моноцитов

16. Понятие «представление антигена» объединяет  в себе процесс необходимых внутриклеточных реакций, приводящих к синтезу  специфических иммуноглобулинов. Макрофаги удаляют бактерии посредством фагоцитоза. После разрушения бактерий фагоцит представляет фрагменты патогена с помощью главного комплекса гистосовместимости класса II (МНС-major histocompatibility complex) на своей поверхности и связывается с Т-клеткой. В результате этого обе клетки активируются таким образом, что они высвобождают целый ряд медиаторов. К высвобожденным цитокинам относится интерлейкин-2 (IL-2), который связывается с соответствующим рецептором на поверхности специфической В-клетки. Это является отчетливым сигналом для В-клетки для пролиферации и трансформации в плазматическую клетку.  Плазматические клетки синтезирует специфические иммуноглобулины, служащие опсонином и приводящие к нейтрализации и элиминированию антигенов, вызвавших этот процесс.  После травмы и сепсиса наступает заметная иммуносупрессия. Различные воспалительные медиаторы, например, простагландин Е2 и интерлейкин-10, задействованы в этом феномене Иммуносупрессия может также частично объясняться  нарушениями в представлении антигена и  дефицитом специфических иммуноглобулинов. Кишечник и легкие являются целью для бактерий, токсинов и медиаторов воспаления и ответственны за системное воспаление с последующей органной недостаточности.

17. Функции TOLL-LIKE RECEPTOR

18. Структура Fc-рецепторов лейкоцитов CD -14 Fcy RII Fcy RI Monocytes CD - 14 Fcy RIII Fcy RI

19. Распознавание ЛПС В распознавании ЛПС ведущую роль играет молекулярный комплекс CD14 на плазматической мембране. ЛПС, связанный с мембранным CD14 транспортируется к Toll-like рецептору (TLR 4–MD-2) с последующей олигомеризацией и запуском сигнального пути, одним из следствий является синтез провоспалительных цитокинов. Картинка взята из обзора С.Г. Пак. "Инфекционные болезни: взгляд через призму времени" // Медицинская академия, 2006, №1. Таким образом, активации TLR предшествует ряд событий допускающих коррекцию и это почва для еще одного вида терапии. Но это дело будующего, а пока хотелось бы задаться вопросом, каким образом эти бактериальные активаторы TLR попадают в организм. В литературе исключительно большое внимание уделяется воздушному пути. Оказывается, существует мощный пласт литературы посвященной анализу TLR-активационных факторов связанных с воздушными частицами, попадающими в организм при дыхании. S. Becker et al. Involvement of Microbial Components and Toll-like Receptors 2 And 4 in Cytokine Responses to Air Pollution Particles // American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. 2002, Vol. 27, pp. 611-618.

20. Схема распознавания липополисахаридарецепторным комплексом CD14/TLR4/MD2 TLR4(толл-подобный рецептор 4, CD284) — мембранный белок, относится к группе толл-подобных рецепторов, участвующих во врождённом иммунитете. Первый обнаруженный рецептор этой группы (в 1997 году), поэтому иногда его обозначают просто TOLL. TLR4 связывает липополисахарид клеточной стенки бактерии. Сигнал, передающийся в клетку через этот рецептор, функционально близок к рецептору интерлейкина-1 и является одним из древнейших в системе антибактериальной защиты организма Липополисахарид-связывающий белок (ЛСБ, англ.lipopolysaccharide binding protein, LBP) — секретируемый белок, компонент острой фазы воспаления, который связывает с высокой афинностью бактериальный липополисахарид и усиливает связывание с ним CD14. Таким образом, ЛСБ обеспечивает первый этап в процессе моноцитарногоиммунного ответа. Белок содержит лейцин-богатый повтор, домен участвующий в белок-белковых взаимодействиях, который характерен для многих белков, в т.ч. для MD-1 (лимфоцитарный антиген 86). По выраженной гомологии с MD-1 был открыт и назван MD-2. MD-2 является небольшим белком (160 аминокислот; 18,4 кДа), организованным в гомополимер, состоящий в свою очередь из димеров белка. Это компонент мультимолекулярного комплекса липополисахаридного рецептора, в который также входят по крайней мере CD14 и TLR4. Способен связываться с рецепторами TLR2 и TLR4. Связывание лиганда с MD-2 вызывает его последующее связывание с TLR4 и олигомеризацию комплекса, что приводит к активации фактора транскрипции NF-kB. CD14— мембранныйгликозилфосфатидилинозитол-связанный белок, экспрессированный на поверхности клеток миелоидного ряда, особенно макрофагах, компонент рецепторного комплекса CD14/TLR4/MD2, распознающего липополисахарид. Белок содержит 10 повторяющихся лейцин-богатых фрагментов. ГенCD14 кодирует две формы белка: 50 и 55 кДа. Белок 55 кДа (mCD14) содержит участок с гликозилфосфатидилинозитолом, который удерживает белок в мембране. Он служит ко-рецептором в клеточном рецепторном комплексе CD14/TLR4/MD2, который распознаёт бактериальный липополисахарид и участвует таким образом в иммунном ответе. Укороченная форма белка 50 кДа (sCD14) не содержит заякоривающего участка и является растворимым белком, который моноциты и клетки печени секретируют в кровь. Также связывает липополисахарид.

21. Повышение синтеза холестерина в печени в ответ на избыточное поступление ЭНДОТОКСИНА Универсальной реакцией на избыточное поступление ЭНДОТОКСИНА (ЛПС) является выброс провоспалительных цитокинов и повышение синтеза холестерина (ХС) в печени. Повышение происходит в результате увеличения скорости транскрипции, экспрессии мРНК, синтеза белковой массы и активности ключевого фермента синтеза ХС гидроксиметилглутарил-КоА-редуктазы (ГМГ-КоА-редуктазы). Резкий рост активности ГМГ-КоА-редуктазы, вероятно, связан со снижением функции LXR, которые негативно регулируют экспрессию гена этого фермента. Более того, обнаружено, что введение ЛПС животным сопровождается не только снижением функциональной активности LXR в печени, но также снижением активности и экспрессии гена митохондриальной 27-гидроксилазы, которая осуществляет синтез эндогенного агониста LXR 27-гидрокси-ХС. Интересно, что экспрессия ГМГ-КоА-редуктазы под действием ЛПС происходит независимо от присутствия ХС в диете или базального уровня активности фермента. Повышение активности ГМГ-КоА-редуктазы не в полной мере отражается на росте уровня ХС в крови, т. к. одновременно ЛПС вызывает снижение экспрессии мРНК сквален-синтазы, осуществляющей циклизацию изопреноидов. Memon R.F. et al. Endotoxin, tumor necrosis factor? And interleikin-1 decrease hepatic squalene synthase activity, protein, and mRNA levels in Syrian hamsters.// Journal of lipid research, 1997, V. 38, p. 1620-1629.

22. LPS – эндотоксин клеточных стенок бактерий, который стимулировал воспаление и нейродегенерацию через toll-like рецепторы существенно модифицирует и липидный обмен, с одной стороны повышая активность HMG-CoA редуктазы, а с другой подавляя экспрессию сквален синтетазы, что имеет результатом увеличения внутриклеточного пула нестероидных продуктов мевалонатного пути, таких как фарнезил и геранилгеранил. Memon R.F. et al. Endotoxin, tumor necrosis factor? And interleikin-1 decrease hepatic squalene synthase activity, protein, and mRNA levels in Syrian hamsters.// Journal of lipid research, 1997, V. 38, p. 1620-1629.

23. Схема инициации болезни Паркинсона Рецепторный комплексБактериальные LBP Гиперпродукция глутамата Гибельэндотоксины =======> CD14 =======> Провоспалительные цитокины ====> дофаминовых из воздуха TLR Секреция перекиси водорода нейронов Плазматическая мембрана Дофаминовые нейроны и глия Несколько примечаний:• LBP - LPS-связывающий белок (binding protein), презентирует мономеры LPS к связывающим участкам на CD14, CD14 - гликозилфосфатидилинозитол (GPI) - связывающий белок, на поверхности клеток, связывается с LPS, что приводит к клеточной активации при посредстве TLR (Toll-like receptor) • Эндотоксин поступает, вероятно, интраназально, минуя ГЭБ непосредственно в ЦНС• Вместо эндотоксина, вероятно, могут выступать некоторые пестициды • Специфичность гибели дофаминовых нейронов связана со специфичностью взаимодействия определенного эндотоксина и определенного рецепторного комплекса плазматической мембраны • Kevin St. P., et al. Extracellular accumulation of nitric oxide, hydrogen peroxide, and glutamate in astrocytic cultures following glutathione depletion, complex I inhibition, and/or lipopolysaccharide-induced activation. // Biochemical Pharmacology V. 60, Issue 7, 1 October 2000, P. 979-988.

24. Лейкемоидные реакции гранулоцитарного типа В крови отмечается нейтрофильный лейкоцитоз со сдвигом ядерной формулы влево до миелоцитов (клетки костного мозга). Именно с массивной гибелью микробных тел и попаданием в кровь избыточного количества эндотоксина связаны выброс в кровь гранулоцитарного резерва костного мозга, повышенная продукция гранулоцитов.

25. Морфологическая картина воздействия эндотоксина на эндотелий Яковлев М.Ю.,Пермяков Н.К., Конев Ю.В. Эндотоксининдуцированные повреждения эндотелия. Архив патологии 1996,2, т.58 с.41-46

26. РОЛЬ ЭНДОТОКСИНА ВПАТОГЕНЕЗЕ АТЕРОСКЛЕРОЗА(МОДИЦИРОВАННАЯ СХЕМА T.F. LÜSCHER 2003) endotoxin NFkB O2- NAD(P)H Ox IL-1, TNF, IF AT II endotoxin

28. Фиброгенез Механизмы фиброгенеза до конца не расшифрованы, однако установлено, что при возрастоассоциированных заболеваниях формирование цирроза может происходить именно путем прогрессирования фиброза. Важное звено фиброгенеза воздействие эндотоксина приводящее к активации цитокинов, среди которых особое внимание уделяется трансформирующему фактору роста (TGFb), под воздействием которого происходит трансформация жиронакапливающих клеток Ито в фибробласты, продуцирующие преимущественно коллаген 3 типа.

30. Сетчатый фиброз. Проявление эндотоксиновой агресии Дилатационная кардиомиопатия Отмечается гипертрофия отдельных кардиомиоцитов и интерстициальный фиброз (коллаген окрашен в синий цвет по Masson). Проявление эндотоксиновой агресии Соколов Е.И.. 2005 Звенигородская Л.А. 2003

31. Роль эндотоксинов

32. Недавно было показано, что пожилые пациенты с дисбактериозом кишечника практически не защищены от проникающего в кровоток эндотоксина, так как у них резко снижается содержание циркулирующихантиэндотоксиновых антител и лейкоцитов, способных связывать эндотоксин при помощи антител, фиксированных на Fc-рецепторах лейкоцитов.

33. Развитие эндотоксиновой агрессии Низкий уровень эндотоксина Умеренно повышенный уровень эндотоксина Высокий уровень эндотоксина

34. Термин "эндотоксиновая агрессия" введен в научную семантику М.Яковлев для обозначения патологического процесса, имеющего определенный симптомокомплекс, в инициации и/или прогрессировании которого ведущая роль принадлежит эндотоксину.

35. СОДЕРЖАНИЯ ЭНДОТОКСИНАВ ЗАВИСЕМОСТИ ОТ ВОЗРАСТА

36. Поперечный срез сосуда (вверху слева) и микроструктура эндотелиальной клетки

37. Прямое повреждающее действие на эндотелий До введения После введения

38. Морфологическая картина воздействия эндотоксина на эндотелий

39. Роль эндотоксина в развитии эндотелиальной дисфункции Endotoxin

40. Биологическая активность оксида азотаи эндотоксин Endotoxin

41. Факторы риска эндотелиальной дисфункции Endotoxin

42. ROLE OF ENDOTHELIUM-DERIVED VASOACTIVE SUBSTANCES FROM PHYSIOLOGY TO ATHEROSCLEROTIC VASCULAR DISEASE Relaxing factors NO PGI2 EDHF Contracting factors Endothelin TXA2 PGH2 O2- ATII Endotoxin Growth promoters Endothelin O2- ATII Endotoxin Growth inhibitors NO

43. РОЛЬ ЭНДОТОКСИНА ВПАТОГЕНЕЗЕ АТЕРОСКЛЕРОЗА endotoxin endotoxin NFkB O2- NAD(P)H Ox IL-1, TNF, IF AT II

44. Эндотоксин обладает всеми необходимыми для инициации атеросклероза прямыми и опосредованными свойствами: • вызывать эндотелиальную дисфункцию • способностью повреждать и слущивать эндотелиальные клетки, • обусловливать появление "пенистых клеток" (активированных макрофагов), • вызывать десмолитические изменения стромы и активировать пролиферативный процесс

45. заключение • Нарушение микробиоценоза основная причина эндотоксиновой агрессии • Длительная эндотоксиновая агрессия усугубляет течение инволюционных процессов • Применяемые при лечении дисбиоза препараты обладают выраженной антиэндотоксинемической активностью • Коррекция микробиоценоза позволяет уменьшить скорость развития инволюционных проявлений у пожилых

46. Пути преодоления эндотоксиновой агрессии • 1.   Связывание избытка эндотоксина в просвете кишечника (Энтеросорбенты). • 2. Стимуляция функции гепатоцита и эвакуации желчи (Гепатопротекторы, холеретики и холекинетики) • 3. Восстановление микробиоценоза кишечника (Пробиотики, Пребиотики, Бактериофаги, Синбиотики, Продукты питания с пробиотиками). • 4.    Стимулирующая терапия ( Витамины с микроэлементами, антиоксиданты). • 5.     Фитотерапия. (Адаптогены) • 6.     Ферментные препараты. • 7. Поддержание водно-электролитного баланса