Журнал «Медицина неотложных состояний» 6(19) 2008

Острое повреждение легких (ОПЛ) и острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС) являются практически обязательными компонентами синдрома полиорганной недостаточности (СПОН) у больных в критических состояниях [1, 2]. Структурное повреждение альвеолы развивается в течение часов и суток после окончания действия первичного повреждающего фактора. Анализ существующей ситуации позволяет предположить, что частота развития ОПЛ/ОРДС будет увеличиваться вследствие учащения случаев тяжелого сепсиса и септического шока, внедрения новых технологий протезирования органов, развития трансплантологии. Биохимические маркеры, специфичные для повреждения определенных органов, являются вполне реальными и эффективными показателями, способными предсказать развитие органной недостаточности, определить тяжесть повреждения и оценить эффективность интенсивных терапевтических мероприятий по коррекции нарушенной функции [3–5]. На данный момент диагноз синдрома острого повреждения легких выставляется на основании ряда клинических, лабораторных и инструментальных данных (определение факторов риска развития ОПЛ/ОРДС, шкала Мюррея, компьютерная томография, оценка легочного веноартериального шунта, спирография и т.д.). Однако такой подход не удовлетворяет по той причине, что исследуются группы, гетерогенные по своему нозологическому составу. Кроме того, оценка тяжести и прогноз возможны при уже развившемся остром повреждении легких, то есть на стадии патофизиологических изменений, а не биохимических и иммунохимических явлений. Индексы артериальной гипоксемии, предложенные многими авторами, не обладают достаточной чувствительностью и специфичностью в качестве предикторов неблагоприятного исхода у больных с ОПЛ/ОРДС.

При рассмотрении диагностических критериев авторы определили основные мишени действия повреждающих факторов развития ОПЛ/ОРДС: компоненты альвеоло-капиллярной мембраны, легочный интерстиций, клетки локальной иммунной защиты и факторы системы гемостаза. При этом наблюдается как изменение их количественных характеристик, так и нарушение фенотипа клеток [2].

Авторы определяют ОПЛ/ОРДС как компонент полиорганной недостаточности [6]. Серьезным достижением является раскрытие механизмов влияния системной воспалительной реакции и медиаторов на развитие острого повреждения легких, а также эффекта декомпартментализации медиаторов ОПЛ с развитием СПОН. Бронхоальвеолярный лаваж (БАЛ) является одним из вариантов получения необходимой информации для исследования материала из поврежденных легких (или из поврежденного легкого при одностороннем ОПЛ/ОРДС) [7–9]. Однако авторы указывают на возможность активации нейтрофилов в процессе проведения БАЛ, их транслокации в альвеолы легкого, в котором проводился БАЛ, с последующим выбросом провоспалительных цитокинов как локально, так и в системном кровотоке. Вероятным объяснением является контаминация эндотоксином в процессе БАЛ дистальных дыхательных путей с активацией локальной воспалительной реакции. Интересно это сообщение также и тем фактом, что после контаминации легких здоровых добровольцев эндотоксином спустя несколько минут отмечали увеличение концентрации цитокинов (интерлейкины-2, -8, фактор некроза опухолей) как в лаважной жидкости, так и в системном кровотоке. Этот феномен может служить доказательством эффекта декомпартментализации медиаторов системного воспаления из локального кровотока в системный (не только ОПЛ, но и системный эффект медиаторов ССВО при абдоминальном сепсисе, тяжелой ЧМТ, стерильном и инфицированном панкреонекрозах) [10, 11].

Измерения растворимых фракций белков в плазме, отечной жидкости и бронхоальвеолярном лаваже способны отразить биохимические процессы инициации ОПЛ. Однако характеристика белкового спектра in vitro или морфологические и микроскопические характеристики могут существенно отличаться от компонентов белковых молекул in vivo, что снижает прогностическую значимость данных маркеров. Кроме того, концентрация данных представителей в лаважной жидкости столь мала, что их верификация может быть значительно затруднена. Выявленная при исследовании структура антигенов цитокинового профиля не коррелирует с их биологической активностью. Так, при исследовании ТНФ и интерлейкина-1-бета у больных с острым повреждением легких в содержимом дистальных дыхательных путей биологически более активным оказался последний [12–17].

Легочный эпителий является важнейшим компонентом в патогенезе и разрешении ОПЛ/ОРДС. Этот факт подчеркивается авторами в исследованиях функций синтеза сурфактанта альвеолоцитами второго порядка и участия в движении воды и электролитов при развитии отека легких. Дезинтеграция альвеоло-капиллярной мембраны — основная причина увеличения проницаемости и неконтролируемого движения белковых молекул с нарушением механики легких и инактивацией сурфактанта. На данный момент остается неясным факт нарушения межклеточных связей между альвеолоцитами II порядка путем изменения межклеточных сигналов, которые в свою очередь изменяют (активируют или дифференцируют) экспрессию генов для восстановления качества альвеоло-капиллярной мембраны. В частности, остается неясной вероятная диагностическая значимость определения цитокиновой продукции альвеолоцитами в ответ на разнообразные стимулы.

Авторами уделяется значительно внимание процессам транспорта белков, воды и электролитов из просвета альвеол и дистальных бронхиол в плане диагностики начала ОПЛ/ОРДС и/или их регресса. С этой целью использовалась модифицированная методика исследования жидкости, взятой из дистальных дыхательных путей у интубированных пациентов, с дальнейшим исследованием содержания белка в отечной жидкости для расчета альвеоло-капиллярного клиренса. Показано, что при увеличении содержания белка в лаважной жидкости прогрессивно увеличивалась летальность в группе больных с ОПЛ. При проведении браш-биопсии авторами было показан (при проведении иммуногистохимических исследований) факт влияния на клиренс воды, электролитов и белка поврежденных ферментов типа натрий-калий-АТФазы и альвеолоцитарные натриевые каналы [18–20].

Эпителиоциты легких являются клетками первого ряда, принимающими факторы агрессии и отвечающими на них. Клетки эпителия наряду с альвеолоцитами потенцируют проницаемость альвеоло-капиллярной мембраны и возможность восстановления после развития ОПЛ/ОРДС. Авторы отмечают гетерогенность капиллярной стенки, в связи с этим перспективным является определение так называемых функциональных пейсмейкерных эпителиоцитов как компонентов стенки легочного капилляра. Эти клетки являются инициаторами движения кальция через полупроницаемую мембрану внутрь клетки, в связи с чем данные эпителиоциты могут инициировать увеличение проницаемости капилляров. Более того, через механизмы межклеточного взаимодействия поврежденные альвеолоциты влияют на интактные, вызывая каскад повреждения капиллярной стенки. Вероятным дополнительным фактором повреждения является экспрессия генов, модулируемая кальций-зависимым повреждением эндотелиоцитов, цитокиновой продукцией и влиянием вышеназванных механизмов на альвеолоциты I и II порядка [21].

Авторами были проведены клинико-экспериментальные исследования по определению концентрации белка плазматической апикальной мембраны альвеолоцитов первого типа в бронхоальвеолярной лаважной жидкости. С учетом того факта, что структурно-морфологической характеристикой ОПЛ является повреждение апикальной мембраны альвеолоцитов и проникновение специфических внутриклеточных маркеров в просвет альвеолы, авторы обнаружили возможность оценки тяжести ОПЛ по предложенным диагностическим критериям. У больных с ОПЛ обнаруживалось достоверное увеличение белка в лаважной жидкости, прямо пропорциональное тяжести ОПЛ и активности процессов репарации [21].

Весьма важными в процессе диагностики и для прогноза ОПЛ/ОРДС являются способы диагностики вентилятор-индуцированного повреждения легких. В генезе данного феномена реализуется преобразование механического воздействия на легкие (баротравма, волюмотравма и флоутравма) через экспрессию генов апоптоза эпителия и эндотелия, что в конечном итоге приводит к ухудшению течения ОПЛ/ОРДС. Таким образом, проводимая механическая вентиляция может существенно ухудшить течение первичного повреждения легких. Существует предположение о факте увеличенной локальной продукции провоспалительных цитокинов вследствие перерастяжения и гиперинфляции легочной ткани. Более того, локально продуцируемые цитокины способны элиминироваться в системный кровоток с развитием системных эффектов. Этот факт способен объяснить существенно большую частоту развития СПОН у больных с ОПЛ при агрессивных режимах вентиляции (режимы с высоким пиковым давлением и высоким объемом вдоха). Следовательно, это оправдывает использование концепции «протективной вентиляции» как способа профилактики ятрогенного повреждения легких и СПОН [22–25].

На данный момент определена роль взаимоотношений между клетками иммунной системы (нейтрофилы, моноциты, макрофаги, натуральные киллеры и т.д.) и клеточными факторами системы гемостаза. Весьма вероятной в плане прогноза может быть оценка их взаимоотношений, а также выяснения причин развития дисрегуляции иммунитета и гемостаза. Четко доказано, что прогрессирование ОПЛ/ОРДС возможно не только вследствие повреждения эндотелиоцитов и альвеолоцитов, но и за счет дисфункции иммунокомпетентных клеток локально в легочном кровотоке. Перспективной является оценка вероятного отношения лейкоцитов и тромбоцитов с пока неопознанными поверхностными рецепторами, а также влияние подобного типа взаимодействия на экспрессию генов апоптоза.

Маркеры эндотелиального повреждения, подобные фактору Виллебранда, обладают диагностической и прогностической значимостью в плане развития ОПЛ и его течения. Более эффективными в отношении диагностики являются компоненты, описывающие взаимоотношения эндотелия, активации нейтрофилов и прокоагулянтного звена системы гемостаза [26–28].

Оценка роли рецепторов, ответственных за связь молекулярных лигандов (таких как липополисахарид бактериальной стенки и другие микробные факторы при сепсисе) локально в кровотоке легких или на поверхности эндотелия, также является вероятным способом оценки сепсис-индуцированного ОПЛ. Локализованные в мембране клетки рецепторы реализуют свои эффекты через активацию каскада ядерного фактора каппа (NFк-B), транскрипцию и индукцию генов, ответственных за синтез цитокинов, первичным среди которых является ФНО альфа.

Следующим фактором, рассматриваемым в плане диагностики ОПЛ/ОРДС, является определение маркеров апоптоза, некроза и клеточной пролиферации и фиброзирования ткани легких и альвеоло-капиллярной мембраны. Предполагается, что описанные процессы (апоптоз и некроз, с одной стороны, пролиферация и фиброз — с другой) могут быть основными в прогрессировании или репарации при остром процессе в легких. Целесообразным будут методы, определяющие развитие апоптоза и некроза в эндотелии капилляров и эпителии альвеол. На данный момент также выделяют методы диагностики, определяющие влияние апоптоза на индукцию фибропролиферативных процессов в альвеолах как основных в регрессе клинико-морфологических проявлений ОПЛ/ОРДС. Вероятными методами в данной ситуации будут: оценка путей передачи сигналов клеткам, отвечающим за апоптоз; оценка экспрессии генов и синтеза белков, оценка функционального ответа легочных фибробластов и мезенхимальных клеток.

Авторы провели исследование маркеров апоптоза у пациентов с высокой степенью риска развития ОПЛ/ОРДС. Оценить растворимые лиганды Fas возможно с использованием иммунохимического, иммуноферментного анализа. С этой целью проведен БАЛ с последующим исследованием концентрации растворимых Fas-лигандов и оценкой индукции апоптоза эпителиоцитов дистальных бронхиол (исследовалась клеточная культура здоровых людей). Получены данные, что лаважная жидкость усиливает апоптоз здоровых альвеолоцитов, причем максимально этот процесс происходит в начале острого повреждения легких. Доказано, что данный факт может рассматриваться как прогностический маркер развития ОПЛ при наличии факторов риска. В качестве вероятных маркеров апоптоза рассматриваются митохондриальный цитохром С, каспаза-9 и др. В этом же исследовании определено, что диагностическая значимость оценки апоптоза проксимального эпителия превосходит таковую для дистального, данный факт может значительно облегчить процесс диагностики и взятия биопсии. Авторами показано, что в качестве индуктора апоптоза может выступать и компонент бактериальной стенки (липополисахарид). По параллельному пути возможна индукция апоптоза (независимо от Fas) через Fas-ассоциированный белок «клеточной смерти», который индуцируется ЛПС через CD14. Данный факт исследован пока только в эксперименте [29].

Генетические исследования с использованием методов создания микрочипов, определяющих последовательность нуклеотидов в ДНК, выходят на первый план как в фундаментальной медицине, так и в теории и практике критических состояний. Способ создания массивов (микрочипов) с последующим анализом последовательности нуклеотидов может быть использован и в изолированной клетке, и в патологически измененной ткани органа (в том числе и в ткани легкого). Значительно усиливает эффективность данных исследований применение полимеразно-цепной реакции в режиме реального времени. Методы функционального анализа генома способны ответить на вопросы, связанные с изменением и нарушением фенотипа так называемых ключевых клеток при ОПЛ/ОРДС. Так, механизмы повреждения эндотелия сосудов легких и альвеолоцитов при ОПЛ реализуются за счет выброса свободных радикалов или специфических внутриклеточных ферментов полиморфноядерных нейтрофилов, усиленной агрегации и адгезии нейтрофилов, моноцитов и тромбоцитов, однако неясным остается путь активации данного каскада через измененную экспрессию и транскрипцию новых генов, а также путь синтеза новых регуляторных белков. Расшифровка данных механизмов позволит определить процесс инициации ОПЛ и системных эффектов данного синдрома. Новые технологии должны определить роль каждого регуляторного белка в изолированных клетках или в ткани организма, развитие посттрансляционных изменений и межмолекулярные взаимоотношения белков, определяющих реализацию фенотипа клетки [30–32].

Авторы предлагают идентифицировать экспрессию генов путем изучения массива олигонуклеотидов в экспериментальных работах по оценке вентилятор-ассоциированного повреждения легких. Подобная идентификация в последующем позволит более точно определить участие генотипа в развитии острого повреждения легких.

Проведенные авторами исследования по определению «генов-кандидатов», ответственных за синтез ряда медиаторов (интерлейкин-6, фактор — ингибитор миграции макрофагов), определили наличие генов, по факту экспрессии которых можно судить о вероятности развития ОПЛ (гены антагониста рецептора интерлейкина-1, пре-В-лимфоцитарного колониестимулирующего фактора, аквапорина-1). В этом же исследовании авторами обнаружены гены, кодирующие дискоординацию процессов гемостаза и системного воспаления при вентилятор-индуцированном повреждении легких. Для исследования данных использовались браш-биопсии ткани легкого и исследование лаважной жидкости, полученной при проведении БАЛ. Достоверно определено, что экспрессия гена, кодирующего синтез пре-В-лимфоцитарного колониестимулирующего фактора, наблюдается у больных с ОПЛ. Данные были подтверждены полимеразно-цепной реакцией в режиме реального времени и иммуногистохимическими исследованиями, показавшими увеличение синтеза данного белка с ростом его содержания в лаважной жидкости [34].

Основной целью генетического исследования больных с ОПЛ/ОРДС является объяснение того факта, что не все пациенты в критических состояниях (травма, сепсис) имеют развернутую клинико-лабораторную картину острого повреждения легких, тогда как действие факторов риска примерно одинаково по своей силе и длительности. Вероятно, существует ряд генетических отличий между группами пациентов с развитием ОПЛ и без признаков этого синдрома. Диагностической и прогностической значимостью будут обладать те маркеры, которые позволят предсказать вероятность развития ОПЛ, вероятность перехода стадии повреждения структур альвеоло-капиллярной мембраны в стадию репарации и пролиферации, а также вероятность систематизации эффектов локально синтезированных цитокинов (то есть предсказать развитие так называемой декомпартментализации медиаторов системного воспалительного ответа). Существуют исследования популяционной статистики, изучающие выборки большого объема (большие семьи, архивные данные, истории близнецов) для определения генетических характеристик при бронхиальной астме, болезни Крона. К сожалению, необходимо констатировать, что данные методы неприменимы к больным с ОПЛ/ОРДС. Гетерогенность группы, спорадический характер наблюдений и отсутствие специфических маркеров ОПЛ делает подобные исследования в группах больных трудно выполнимыми [35].

Существуют исследования, доказывающие, что развитие сепсиса обусловлено генетическим полиморфизмом. Подобные изменения касаются генов, кодирующих провоспалительные цитокины (фактор некроза опухолей, интерлейкин-6), ангиотензин-конвертирующий фермент, рецепторы (растворимые рецепторы CD14). Перспективные исследования включают: определение полиморфизма одиночных нуклеотидов и других вариантов человеческого генома, дальнейшие количественные определения отдельных локусов хромосом, анализ транскрипции и посттранскрипции, взаимодействия между белками, корреляции между генотипом и фенотипом, а также проведение эпидемиологических исследований по изучению взаимодействия между генотипом и средой обитания в более однотипных популяциях.

Выводы

1. Исследование диагностической и прогностической значимости биологических маркеров острого повреждения легких является перспективным направлением в разделе критических состояний.

2. Наибольшей эффективностью биологические маркеры ОПЛ будут обладать при оценке развития острого повреждения легких на доклиническом этапе, дифференциации экссудативной и пролиферативной стадий ОПЛ/ОРДС, оценке показаний к респираторной поддержке.

3. Биологические маркеры ОПЛ способны предсказать развитие вентилятор-индуцированного повреждения легких.

4. Ближайшей задачей исследователей данной проблемы является трансформация высокочувствительных тестов по верификации биологических маркеров ОПЛ в реально применимые в клинических условиях методы для оценки корреляции между биологическими и (вероятно) клиническими проявлениями ОПЛ.

5. Наибольшей диагностической и прогностической значимостью, вероятно, будут обладать анализ экспрессии генов, исследование массива последовательности нуклеотидов ДНК в клетках с целью определения предрасположенности к синтезу цитокинов и межклеточных сигнальных молекул — генетический анализ.

6. Дополнительными могут быть методы, позволяющие оценить соотношение факторов системы гемостаза и медиаторов системного воспаления в кровотоке легких (ингибитор тканевого активатора плазминогена, С-реактивный белок, факторы роста, молекулы адгезии, растворимые рецепторы к цитокинам), маркеры повреждения эндотелия (антиген фактора Виллебранда, фибронектин, оксид азота) и альвеолярного эпителия, соотношение белкового спектра лаважной жидкости легких.