С. А. КУЦЕНКО
ОСНОВЫ ТОКСИКОЛОГИИ,
Санкт-Петербург,
2002
|
РАЗДЕЛ 6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ФОРМЫ ТОКСИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ГЛАВА 6.1. ИММУНОТОКСИЧНОСТЬ
Иммунотоксичность следует рассматривать в двух аспектах: как собственно повреждающее действие веществ на иммунную систему и как участие иммунной системы в реализации механизмов токсического действия ксенобиотиков. Первый аспект прослеживается, например, в явлении снижения резистентности организма, подвергшегося действию токсиканта, к инфекции; второй - превалирует в феномене сенситизации кожных покровов, дыхательных путей и т.д. к химическим веществам (см. разделы "Дерматотоксичность", "Пульмонотоксичность"). Оба аспекта неразрывно связаны между собой.
Иммунная система включает кровеносное русло и лимфатические сосуды, пронизывающие все ткани организма, по которым перемещаются мириады иммунокомпетентных клеток. Функция системы - выявить чужеродные элементы (антигены), проникшие во внутренние среды, изолировать их и уничтожить. Это реализуется в несколько этапов:
а) накопление чужеродных элементов в лимфоидной ткани;
б) прохождение иммунокомпетентных клеток через лимфоидные структуры и их трансформация в антиген-специфичные за счет контакта с чужеродными элементами (антигенами);
в) диссеменация продуктов иммунологической трансформации (антиген-специфичных клеток и гуморальных факторов иммунитета) в крови и тканях;
г) взаимодействие продуктов трансформации с антигеном;
д) манифестация процесса, который может быть местным и общим, острым и хроническим, обратимым и необратимым, отчетливо проявляющимся и скрытым.
Иммунная система является высоко специализированной, сложно регулируемой системой, её клеточные элементы находятся в состоянии постоянной пролиферации. В этой связи любое токсическое воздействие обязательно амплифицируется. При этом повреждение иммунной системы может проявляться усилением или супрессией иммунных функций организма, либо вообще не проявляться клинически. Подавление иммунитета приводит к учащению инфекционных заболеваний, ослаблению механизмов противоопухолевой защиты организма. Усиление иммунного ответа приводит к формированию аутоиммунных процессов, аллергизации организма или патологической гиперчувствительности к определенным антигенам.
Огромное количество веществ обладает иммунотоксичностью. Полагают, что практически любая интоксикация в той или иной степени может стать причиной нарушения иммунного статуса организма. Однако к числу иммунотоксикантов, т.е. веществ, нарушающих иммунные реакции организма, действуя в минимальных дозах, можно отнести лишь ограниченное количество соединений. Перечень иммунотоксикантов, достаточно широко используемых в хозяйственной деятельности, представлен в таблице 1.
Таблица 1. Перечень наиболее известных промышленных токсикантов, обладающих выраженной иммунотоксичностью
Бериллий |
Для выявления действия веществ на иммунную систему разработаны многочисленные методы исследования, выполняемые in vivo и in vitro. Иммунные клетки легко изолировать, а их функции изучить in vitro. Антитела также легко выделить и их количество оценить. Информация об иммунотоксичности веществ может быть использована для оценки риска, которому подвергаются лица, контактирующие с ними.
1. Краткая характеристика морфологических и функциональных особенностей иммунной системы млекопитающих
1.1. Иммунокомпетентные клетки
Центральное место в иммунных реакциях организма принадлежит лимфоцитам (рисунок 1). Лимфоциты распознают специфические антигены или антигенные детерминанты. Их обозначают также как антиген-чувствительные или иммунокомпетентные клетки. Предшественниками лимфоцитов, как и других клеток крови, являются стволовые клетки костного мозга. В эмбриональном периоде, а у некоторых животных и на протяжении всей жизни, предшественники лимфоцитов покидают костный мозг и заселяют первичные лимфоидные органы (тимус, фетальная печень). В тимусе осуществляется пролиферация и дифференциация иммунокомпетентных клеток. Лимфоциты, возникшие в результате пролиферации клеток в тимусе, называются тимоцитами. Часть тимоцитов отмирает, часть - оккупирует вторичные лимфоидные органы (селезёнку, лимфатические узлы, лимфоэпителиальную ткань, ассоциированную с кишечником - миндалины, пейеровы бляшки, аппендикс). Эти клетки обозначаются как тимус-зависимые лимфоциты или Т-лимфоциты. В ходе превращения стволовых клеток в тимоциты, последние приобретают поверхностные антигены (мембранные антигены), которые отличают их от других клеток. С помощью специальных иммунных сывороток, специфичных в отношении различных поверхностных антигенов, можно отличить тимоциты от других популяций лимфоцитов. При трансформации тимоцитов в Т-лимфоциты происходит уменьшение количества этих поверхностных антигенов в пользу иммуноглобулинов (рецепторы антигенов) и Н2-трансплантационных антигенов (соответствует НLA-системе человека). Т-лимфоциты играют важную роль, как в механизмах клеточного (клетки киллеры), так и гуморального (клетки хелперы, клетки супрессоры, лимфокин-секретирующие клетки) иммунитета. Содержание Т-хелперов и Т-супрессоров в периферической крови можно определить, используя коммерческие препараты моноклональных антител. Т-хелперы (50 - 60% популяции Т-лимфоцитов) имеют рецептор для IgM и интерлейкина-2. На поверхности клеточной мембраны Т-супрессоров (25 -35% популяции Т-лимфоцитов) локализованы рецепторы IgG и интерлейкина-3. В норме соотношение хелперов и супрессоров составляет 1,8 - 2,2.
Помимо упомянутой, существует популяция тимуснезависимых лимфоцитов (В-лимфоциты). Хотя вопрос окончательно не решён, полагают, что в организме млекопитающих клетки зарождаются непосредственно в костном мозгу, а затем разносятся по вторичным лимфоидным органам. В сравнении с Т-лимфоцитами, В-лимфоциты несут на поверхности клеточной мембраны значительно большее количество рецепторов к антигенам (иммуноглобулины), а также рецепторы, регулирующие дифференциацию клетки. Основная функция В-лимфоцитов - синтез специальных белков - антител (иммуноглобулинов: IgG, IgM, IgA, IgD, IgE; см. таблицу 2).
Таблица 2. Некоторые свойства иммуноглобулинов человека
Свойства |
IgG |
IgM |
IgA |
IgD |
IgE |
Молекулярная |
160000 |
900000 |
170000 |
180000 |
200000 |
В отличие от пролиферации лимфоцитов в первичном лимфоидном органе, их пролиферация во вторичных органах зависит от стимуляции процесса антигенами, попадающими в организм.
Помимо лимфоцитов, важнейшим элементом иммунной системы являются фагоцитирующие клетки (макрофаги и микрофаги) (таблица 3).
Таблица 3. Фагоцитирующие клетки
Микрофаги |
Макрофаги |
Полиморфоядерные нейтрофильные лейкоциты Эозинофильные лейкоциты |
Гистиоциты (соединительная ткань) Моноциты (кровь) Микроглия (ЦНС) Ретикулярные клетки (лимфатические узлы, костный мозг) Эндотелиальные клетки кровеносных синусов (селезенка, печень) |
Значительная роль в иммунном ответе принадлежит макрофагам, мононуклеарным клеточным элементам, способным к фагоцитозу. Совокупность макрофагов образует ретикулоэндотелиальную систему, хотя отдельные группы клеток существенно различаются, как по структурным, так и по функциональным особенностям. Макрофаги захватывают антиген и перерабатывают его. Иногда антиген концентрируется на поверхности клеток, что также имеет большое значение для формирования иммунной реакции. Облигатные макрофаги (главным образом моноциты) несут на своей поверхности рецепторы для иммуноглобулинов и комплемента. Прикрепление чужеродной субстанции к клеточной поверхности осуществляется как с помощью этих рецепторов, так и без их участия. Факультативные фагоциты (фибробласты, эндотелиальные клетки, ретикулярные клетки) лишь в незначительной степени участвуют в захвате антигена, причем без участия в процессе иммуноглобулинов и комплемента. На поверхности этих клеток отсутствуют соответствующие рецепторы.
Важная роль в иммунных процессах отводится микрофагам и особенно нейтрофилам. Основными функциями этих клеток являются хемотаксис, стимуляция макрофагов, регуляция лимфопоэза и функционального состояния лимфоцитов, фагоцитоз, уничтожение фагоцитированных антигенов.
Рисунок 1. Система иммунокомпетентных клеток млекопитающих
1.2. Органы и ткани иммунной системы
Тимус. Тимус представляет собой двудолевое образование, локализующееся у основания сердца. При рождении орган человека весит около 10 - 15 грамм, в подростковом возрасте - 30 - 40 грамм. После достижения половой зрелости происходит инволюция тимуса. Каждая из долей органа разделяется на несколько малых долек, состоящих из коркового и медуллярного слоёв. Орган продуцирует тимический гуморальный фактор (ТГФ) - регулятор лимфопоеза.
Селезёнка. Селезёнка - основной фильтр антигенов, циркулирующих в крови, а также место формирования иммунного ответа на чужеродные элементы. Помимо этих функций селезёнка ещё и орган гемопоэза. Основные анатомические элементы селезёнки, это капсула и трабекулы, образующие слабо демаркированные области в органе. Между трабекулами содержится белая пульпа (селезёночные узлы) и красная пульпа (селезёночные синусы). Эти гистологически различимые области селезенки (красная и белая пульпа) и являются функциональными элементами иммунной системы. Большую часть органа занимает красная пульпа, в которой рассеяны селезёночные узлы. Красная пульпа состоит из ретикулярных клеток, фагоцитов, циркулирующих клеток крови. Белая пульпа - это плотная популяция лимфоцитов. В селезеночных узлах выделяют центральную артерию, вокруг которой локализуется зона тимусзависимых лимфоцитов, ростковый центр, выявляемый по наличию больших базофильных пиронинофильных клеток, окруженный зоной тимуснезависимых лимфоцитов. Селезенка не имеет приносящих лимфатических сосудов; антигены попадают в орган по кровеносному руслу.
Лимфатические узлы. В организме человека насчитывается 500 - 600 лимфатических узлов. Они располагаются одиночно и группами по ходу кровеносных сосудов. Лимфатический узел, это орган продукции лимфы и пролиферации лимфоцитов. Орган состоит из коры, паракортикального слоя и мозгового слоя. Лимфа попадает в лимфатический узел по лимфатическим сосудам, неся с собой антигены. Оттекающая лимфа уносит антиген-специфичные трансформированные лимфоциты, антитела и лимфокины. Корковый слой узла представляет собой узкую полоску ткани, состоящую, в основном, из В-лимфоцитов. При антигенной стимуляции лимфоциты пролиферируют с образованием плотной популяции интенсивно делящихся герменативных сенсорных клеток, дифференцирующихся в лимфоциты (плазматические клетки), которые и продуцируют антитела. В паракортикальной зоне в основном локализуются Т-лимфоциты. Здесь они взаимодействуют с макрофагами. Медуллярный слой состоит из перегородок и синусов, предназначенных для фильтрации частиц, приносимых лимфой. Медуллярный слой также содержит лимфоциты, способные продуцировать антитела после их стимуляции антигеном.
Печень. Нормальная печень взрослого человека весит 1400 - 1600 грамм и состоит из левой и правой доли. Строение органа кратко охарактеризовано в разделе "Гепатотоксичность". Синусоиды печени выстланы, помимо эндотелиальных, ещё и ретикулоэндотелиальными клетками, являющимися элементом иммунной системы. Основная их функция - выявление антигенов.
1.3. Особенности функционирования системы
С помощью иммунной системы организм выявляет "чужеродные", не свойственные ему, высокомолекулярные, субклеточные и клеточные элементы (антигены) и формирует реакции, направленные на их связывание, отторжение и элиминацию. Различают гуморальный и клеточный иммунитет. Гуморальный иммунитет предполагает синтез В-лимфоцитами (плазматическими клетками) антител и взаимодействие последних с антигеном. Клеточный иммунитет реализуется путем атаки антигена сенсибилизированными клетками (Т-лимфоцитами, макрофагами, микрофагами).
Характерными особенностями функционирования иммунной системы являются:
1. Специфичность. Известно, что устойчивость в отношении отдельных заболеваний носит специфический характер. В основе явления лежит способность иммунной системы выявлять и особым образом реагировать на чужеродные элементы, имеющие вполне определенную структуру.
2. Память. Если антиген определенного вида уже являлся причиной иммунной реакции, то элементы системы навсегда остаются в модифицированном, в отношении этого антигена, состоянии. В большинстве случаев последующие контакты с антигеном сопровождаются усиленной или "адаптированной" реакцией (позитивная память). В некоторых случаях повторный контакт с антигеном заканчивается ослабленной реакцией (проявление толерантности или негативная память). Специфичность и память являются критериальными свойствами системы, позволяющими решить, является ли реакция организма на чужеродный агент иммунной или нет.
3. Кооперативность. Клеточные реакции иммунитета и образование антител являются следствием тесного взаимодействия различных клеток, а также клеток и цитокинов (биологически активные полипептиды, вырабатывающиеся клетками иммунной системы и регулирующие их физиологическую активность). Только такое взаимодействие обеспечивает максимальную эффективность системы.
4. Подвижность. Иммунокомпетентные клетки, модуляторы их активности и антитела циркулируют в организме. Эффективность системы обеспечивается диссеменацией её элементов в органах и тканях. Местные иммунные реакция также сопряжены с действием подвижных элементов (например, в секрете слизистых оболочек дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта, глаз содержится IgA).
5. Клональность. В организме миллионы оседлых и подвижных иммунокомпетентных клеток, готовых участвовать в иммунном ответе. Однако только небольшая их часть способна распознать специфический антиген и вступить в фазу пролиферации (клонообразования). Это свойство иммунной системы лежит в основе амплификации специфичных клеток и тем самым обеспечивает эффективность иммунного ответа.
6. Регуляция. Эффективный иммунный ответ регулируется от начала до конца. Регуляции подлежат интенсивность иммунного ответа, его продолжительность, соотношение гуморальных (антитела) и клеточных элементов. Индивидуальные различия в выраженности иммунной реакции во многом детерминированы генетически. В эксперименте показано наличие специального гена, определяющего интенсивность иммунной реакции на широкий спектр антигенов (Ir-Gen). Этот ген ассоциирован с генным комплексом тканевой совместимости. Гены тканевой совместимости кодируют мембран-антигенные свойства ядросодержащих клеток (HLA). Каждому индивиду свойственен неповторимый набор генов (а, следовательно, и антигенов). В опытах на экспериментальных животных показано, что ген иммунореактивности (Ir-Gen) определяет характер взаимодействия клеточных элементов иммунной системы. Нередко наблюдающаяся высокая частота аллергических реакций у членов одной семьи на воздействие химических веществ, косвенно доказывает наличие этого гена и у людей.
Полагают, что гиперэргические иммунные реакции могут быть следствием нарушения механизмов регуляции.
1.4. Иммунокомпетентность
Иммунокомпетентность это функциональное состояние иммунной системы, при котором обеспечивается эффективная защита организма от инфекционных агентов и опухолевых клеток, а также химических веществ, обладающих антигенными свойствами.
Помимо иммунной системы резистентность к указанным факторам обеспечивается механическими барьерами (кожа, слизистые), выделением секретов, обладающих бактерицидными свойствами, воспалительной реакцией (врождённая резистентность). Уровень врожденной резистентности определяется функциональным статусом организма. Механизмы врожденной резистентности не различают отдельные типы "чужеродного", выраженность этих свойств, как правило, не возрастает при повторном контакте с чужеродным агентом. Врожденная резистентность обеспечивает быструю защиту от широкого спектра разнообразных неблагоприятных факторов. Она подкрепляется механизмами адаптивной резистентности.
В отличие от врожденной резистентности, механизмы приобретенной резистентности никак не проявляются до действия специфического антигена (например, высокомолекулярного вещества). Адаптивный иммунный ответ реализуется через специфические механизмы даже в том случае, если организм сталкивается с бесконечным многообразием антигенов. Адаптивные механизмы защиты обусловлены функциональной активностью антиген-специфичных лимфоцитов и специфичных антител, связанных между собой цепью идиотипических (up-regulatory)/антиидиотипических (down-regulatory) факторов. Адаптивные компоненты защитной системы организма существенно меняют силу ответной реакции при повторном контакте с антигеном. Интеграция врожденных и адаптивных (иммунных) механизмов резистентности необходима для поддержания состояния надежной иммунокомпетентности. В целом это состояние организма определяется способностью:
1. Образовывать функциональные барьеры, обеспечивающие его единство и изоляцию от окружающей среды.
2. Распознавать, изолировать, нейтрализовать и отторгать то, что идентифицируется как "чужеродное".
3. Инициировать и организовывать формирование различных гранулематозных и воспалительных реакций в местах контакта с "чужеродным".
4. Генерировать "адаптивный" или усиленный иммунный ответ на повторно попавший в организм антиген.
5. "Выключать" иммунную реакцию тогда, когда "чужеродный" элемент удален из организма.
До появления синдрома приобретённого иммунодефицита (СПИД), состояния, связанные с нарушением иммунного ответа у человека рассматривались как редкие. Основными факторами окружающей среды, подавляющими иммунные реакции, считались лучевой (ионизирующее излучение) и химический.
2. Действие токсикантов на иммунную систему
2.1. Понятие иммунотоксичности
Иммунотоксичность можно определить, как свойство ксенобиотиков вызывать нарушения функций организма, проявляющиеся неадекватными иммунными реакциями. Неадекватными могут быть реакции на антигены, сам токсикант, его метаболиты и на комплексные антигены, образующиеся в организме при интоксикациях.
В основе нарушений могут лежать разнообразные эффекты, от грубого повреждения стволовых клеток костного мозга, до изменения продукции цитокинов и модуляции плотности рецепторов для молекул-регуляторов на мембранах иммунокомпетентных клеток (как в сторону уменьшения, так и увеличения). Нарушения могут быть количественными (уменьшение числа клеток вследствие селективной цитотоксичности ксенобиотика) и качественными (функциональные трансформации клеток или клеточных рецепторов). Поскольку неадекватные иммунные реакции нередко формируются при токсических повреждениях органов, не относящихся к иммунной системе, иммунотоксичность нельзя отождествлять со способностью веществ действовать исключительно на лимфоидную ткань.
Нормальной считается сбалансированная иммунная реакция организма на антигены. Следствиями иммунотоксического действия ксенобиотиков являются:
- угнетение иммунного ответа (иммуносупрессия);
- формирование гиперчувствительности к антигенам (аллергизация);
- инициация аутоиммунных процессов.
2.2. Иммуносупрессия
Иммуносупрессия - это подавление иммунного ответа организма на антигены. Свойствами иммуносупрессоров обладают многочисленные ксенобиотики, нарушающие процессы клеточного деления, клеточной дифференцировки, тормозящие синтез белка. К ним, в частности, относятся: алкилирующие агенты, аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований, антагонисты фолиевой кислоты (антибиотики), кортикостероиды и др.
К числу алкилирующих агентов относятся, помимо отравляющих веществ (сернистый, азотистый, кислородный иприты), профессиональных вредностей (этиленоксид, этиленимин и др.) и некоторые лекарственные средства, например, циклофосфамид, хлорамбуцил, алкеран, бусульфан и т.д. Вещества этой группы подавляют как клеточный, так и гуморальный иммунитет. Алкилирующие агенты атакуют протеины и нуклеиновые кислоты клеток (см. раздел "Механизм действия"), находящихся в любой из фаз клеточного цикла (цикло-неспецифические агенты). Результатом повреждения макромолекул (в зависимости от тяжести поражения и клеточной активности) являются: гибель, нарушение деления и созревания иммунокомпетентных клеток и их предшественников, угнетение синтеза антител и медиаторов иммунного процесса. В этой связи иммунотоксическое действие алкилирующих агентов в отношении специфического антигена отмечается при их однократном поступлении в организм в период от первых, до 15 суток после воздействия.
Наиболее известные иммуносупрессоры - аналоги пуриновых оснований, это 5-фторурацил, 6-меркаптопурин и азатиоприн (1-метил,4-нитро,5-имидазол)тиопурин (рисунок 2).
Рисунок 2. Структура иммуносупрессоров - аналогов пурина
Механизм действия у веществ этой группы практически одинаков. Будучи структурными аналогами естественных метаболитов, лишенными вместе с тем необходимых свойств последних, они блокируют метаболизм биологически активных веществ, замещают их в макромолекулярных комплексах, нарушая функции, выполняемые этими комплексами. В частности в организме нарушается биосинтез адениловой и гуаниловой кислот, ДНК и РНК, а также процессы, протекающие при участии ферментов, коэнзимами которых являются пуриновые основания. Чувствительными к действию токсикантов являются, прежде всего, клетки, в которых активизированы процессы синтеза ДНК (репликация) и РНК (транскрипция), т.е. находящиеся в фазе деления и активно синтезирующие белок. В этой связи при интоксикациях веществами этой группы в большей степени страдает клеточный иммунитет. Токсиканты повреждают пролиферирующие лимфоциты. Нарушается также и синтез антител, прежде всего IgG. Максимальный иммуносупрессивный эффект отмечается при их введении через 1 - 2 дня после действия антигена.
Антагонисты фолиевой кислоты (например, метотрексат, см. рисунок 3) угнетают образование тетрагидрофолиевой кислоты в организме, которая необходима для синтеза пурина, тимидиловой кислоты, некоторых аминокислот. Блок образования тимидиловой кислоты приводит к нарушению биосинтеза ДНК. В этой связи антагонисты фолиевой кислоты действуют на клетки находящиеся в стадии интенсивной пролиферации, блокируя их размножение.
Рисунок 3. Антагонист фолиевой кислоты метотрексат (аметоптерин)
Механизм действия глюкокортикоидов и близких по строению веществ на иммунную систему до конца не выяснен. Эти вещества угнетают фагоцитоз, цитолизирующую активность лимфоцитов, синтез антител (неспецифическое угнетение синтеза протеинов на рибосомах) и т.д.
Иммуносупрессивное действие большинства токсикантов, выявленное в эксперименте или в условиях клиники, до настоящего времени не объяснено.
Как механизмы врожденной резистентности, так и иммунитет могут быть существенно подавлены и даже полностью уничтожены действием некоторых отравляющих веществ, промышленных и экотоксикантов, лекарственных средств. Помимо структурных повреждений, ксенобиотики могут вызвать функциональные сдвиги со стороны иммунокомпетентных клеток, например, изменять их способность к дифференцировке, нарушать экспрессию или рестрикцию основного антигенного комплекса тканевой совместимости, ослаблять способность плазматических клеток вырабатывать антитела (главным образом IgM, IgG) и т.д. Выявить эти изменения у людей порой бывает очень сложно, а их последствия могут иметь большое значение для состояния здоровья.
Последствия иммуносупрессии для организма варьируют в широких пределах, от угрожающих жизни состояний, до едва выявляемых с помощью специальных методов эффектов.
Так, при обследовании лиц, подвергшихся воздействию полигалогенированных бифенилов, обнаруживаются признаки стойкой, выраженной иммуносупрессии. При этом в группе со сниженным иммунитетом чаще встречались новообразования (10,7%, против 0,5% у лиц с нормальным иммунным статусом). Дальнейшее наблюдение за этими людьми позволило выявить и другие следствия иммуносупрессии, в частности склонность к инфекционным заболеваниям.
2.2.1. Иммуносупрессия и инфекция
У лиц с нарушенным иммунным статусом нередко развивается оппортунистическая инфекция. Установлено, что такие экополлютанты, как озон, оксиды азота, диоксид серы существенно повышают чувствительность организма к инфекции. Присоединение вторичной инфекции постоянно отмечалось у лиц, пораженных в ходе военных конфликтов сернистым ипритом. Поскольку клиаренс экстрацеллюлярных патогенных микроорганизмов определяется взаимодействием лейкоцитов, антител и комплемента, а интрацеллюлярных в основном клеточными механизмами иммунитета, имеется возможность указать, какой тип инфекционных осложнений наиболее вероятен, если известен механизм повреждающего действия токсиканта. Повышение чувствительности к инфекции у отравленных может быть следствием повреждения и механизмов врожденной резистентности (см. выше).
2.2.2. Иммуносупрессия и канцерогенез
В настоящее время получены данные, подтверждающие связь между повреждением иммунной системой (иммуносупрессия, иммунодефицит) и вероятностью развития некоторых видов неоплазмы (см. раздел "Химический канцерогенез"). Ограничение опухолевого роста в организме обеспечивается механизмами врожденной и приобретённой резистентности. Ведущая роль в этом, как полагают, принадлежит клеткам - Т-киллерам. Двоякую роль играют макрофаги: неспецифическую, как фагоциты, и специфическую, участвуя в активации лимфоцитов. Такие представления основываются на двух посылках: а). Клетки опухоли и нормальные клетки организма имеют различный антигенный портрет; б). Иммунная система реагирует с модифицированными клетками опухолей, как с клетками чужеродных тканей. Получены данные, согласно которым лимфоциты участвуют в регуляции процесса дифференциации целого ряда клеточных популяций. Это осуществляется путем постоянной оценки вновь образовавшихся в организме клеток и определения степени модификации их антигенных свойств. Селективно продвигая оборот не модифицированных клеток, лимфоциты препятствуют накоплению клеток даже с незначительными фенотипическими отклонениями. Опухолевый рост в таком случае может быть следствием "ускользания" модифицированных клеток из-под контроля лимфоцитов. Как в опытах на животных, так и в условиях клиники получены данные, свидетельствующие в пользу таких представлений. Так, отмечается высокий процент развития новообразований (лимфом, лейкемий, раков кожи и губ и др.) у больных с иммунодефицитом; выявляется тесная связь между действием факторов, подавляющих иммунитет, таких как тимэктомия, облучение, интоксикации, и увеличением скорости опухолевого роста и метастазирования у экспериментальных животных. Установлено, что канцерогены подавляют иммунитет. Так, при интоксикации бенз(а)пиреном отмечается существенное снижение показателей клеточного иммунитета (таблица 4). При этом лишенный канцерогенности аналог токсиканта - бенз(е)пирен, иммунитет не угнетает.
Таблица 4. Некоторые показатели иммунного статуса мышей, отравленных бенз(а)пиреном
Показатели |
Выраженность (% от нормы) |
Резистентность к трипаносомам Реакция на митогены Общий уровень иммуноглобулинов Содержание клеток-предшественников |
50 50 норма 80 |
2.3. Гиперчувствителность (аллергия)
2.3.1. Характеристика состояния гиперчувствительности
Нарушения, сопровождающиеся гиперчувствительностью к антигенам, являются наиболее частой формой проявлений иммунотоксичности у человека. Гиперчувствительность можно определить как избыточную по интенсивности реакцию организма на антиген или существенное понижение порога чувствительности к данному антигену. В настоящее время в мире состоянием гиперчувствительности страдают несколько десятков миллионов людей, причем около 10% нуждаются в медицинской помощи. Часто причиной патологии являются лекарственные вещества. Так, около 5% общего числа госпитализаций связано с приёмом лекарств. Для обозначения реакции гиперчувствтительности предложено несколько терминов.
1. Термин "аллергия" введен Pirquet в 1906 году. Этим термином обозначалась изменённая реакция организма на повторное действие фактора. В настоящее время термин "аллергия" иногда рассматривают как синоним термина "гиперчувствительность".
2. Термин "анафилаксия" предложен Porter и Richet в 1902 году для обозначения побочной реакции, возникавшей на лошадиную сыворотку, вводившуюся с лечебной целью инфекционным больным. В настоящее время под анафилаксией подразумевают острую реакцию организма на чужеродный агент, включающую как иммунный, так и воспалительный компоненты.
3. Термин "атопия" предложен Coca в 1920 году для описания многочисленных необычных реакций, развивающихся у людей на целый ряд агентов. Эти "странные" реакции сейчас рассматриваются как аллергические. В контексте современной иммунологии атопия обозначает конституциональную или наследственную склонность к развитию состояний хронической гиперчувствительности, такие как сенная лихорадка, астма и т.д., на факторы, у "нормальных" людей не вызывающих неблагоприятные явления.
Симптомы аллергических реакций на токсикант полностью отличаются от проявлений интоксикации этим же веществом. Более того, одно и то же вещество у разных лиц может вызывать различные проявления аллергоза, и напротив, вещества с совершенно разным химическим строением могут вызывать сходную картину аллергической реакции. Еще одной важной особенностью аллергий на токсикант является отсутствие зависимости между выраженностью реакции и величиной воздействовавшей дозы (отсутствие зависимости "доза-эффект"). Аллергические реакции являются наиболее индивидуальными формами проявления иммунотоксичности. Ксенобиотики, вызывающие аллергические реакции у одних, совершенно безвредны для других. В этой связи возникает проблема генетической предрасположенности к аллергии.
Формирование аллергического статуса связано с наличием скрытого периода после первичного контакта с аллергеном. Вслед за этим уже ничтожная доза вещества может вызвать появление симптоматики. Этому состоянию всегда предшествует этап, в ходе которого происходит проникновение антигена в организм (контакт с покровными тканями), его распознавания иммунокомпетентными клетками, сенсибилизация лимфоцитов и активация процесса их пролиферации, выработка антител, диссеменация их в организме, фиксация на клетках, не вырабатывающих антитела (тучные клетки, базофилы и др.).
В 1950 году Gell и Coombs предложили классификацию аллергических реакций, в соответствии с иммунными механизмами, лежащими в их основе. В настоящее время представления авторов лишь несколько модифицированы (таблица 5). 1 - 3 типы аллергических реакций связаны с механизмами гуморального иммунитета (называются реакциями немедленного типа), 4 - клеточного иммунитета (называются реакциями отсроченного типа).
Таблица 5. Типы аллергических реакций (по материалам Gell, Coombs)
Тип |
Механизм |
Проявления |
1. Анафилактические или атопические реакции |
Взаимодействие антигена с антителами (IgE, IgG4), связанными с поверхностью мембран клеток-эффекторов (тучные клетки, базофилы) ® высвобождение медиаторов иммунного ответа из клеток: гистамина, фактора активации тромбоцитов (ФАТ), серотонина, лейкотриенов, цитокинов, простогландинов) ® физиологическая реакция. |
Анафилактический шок, Астма, Аллергический ринит, Уртикарная сыпь |
2. Цитотоксические реакции |
Взаимодействие антител (IgM, IgG, IgA) с компонентами клеточных мембран ® активация комплемента ® активация гранулоцитов, высвобождение цитокинов, лизосомальных энзимов ® гибель и разрушение клеток |
Иммуноцитопении (агранулоцитоз, тромбоцитопения, гемолитические анемии) |
3. Реакции, опосредованные иммунным комплексом |
Образование иммунного комплекса антиген-антитело и его преципитация в тканях ® активация комплемента ® аттракция полиморфноядерных лейкоцитов ® высвобождение медиаторов иммунного ответа (катепсины Д и Е, цитокины, лизосомальные энзимы, О2-радикалы) ® цитотоксические реакции |
Реакция Артюся, Гломерулонефрит, Пневмониты, Сывороточная болезнь и т.д. |
4. Реакции, опосредованные клеточными эффектами |
Взаимодействие сенсибилизированных Т-лимфоцитов с антигеном ® аттракция макрофагов к месту взаимодействия ® высвобождение медиаторов иммунной реакции ® физиологическая реакция |
Контактные дерматиты, Экзема, Аутоиммунные реакции |
Аллергическая реакция первого типа протекает в три этапа:
- взаимодействие антигенов со специфическими антителами, фиксированными на клетках-эффекторах;
- активация клеток-эффекторов (тучные клетки, базофилы) и высвобождение ими биологически активных веществ, включая гистамин, серотонин, гепарин, арахидоновую кислоту и т.д.;
- действие этих веществ на клетки-мишени и формирование физиологической реакции: сокращение гладкой мускулатуры бронхов (бронхоспазм), расширению артериол (крапивница), падение артериального давления и т.д.
При системном действии антигена (попадание в кровь) реакция, как правило, носит общий характер (анафилактический шок, генерализованная сыпь на коже и проч.), при контакте с тканями (дыхательные пути, кожа и т.д.) - местный. Таким образом, характер патологии определяется органом, в котором протекает аллергический процесс (сосудистая система, печень, дыхательная система и т.д.). Предрасположенность органа к повреждению определяется как токсикокинетическими (способ аппликации, особенности распределения, метаболизма, выведения ксенобиотика), так и токсикодинамическими (особенности физиологии органа) факторами. Примерами аллергических реакций этого типа являются аллергический ринит, астма, атопические кожные реакции (например, крапивница) на действие некоторых химических веществ (например, вещества раздражающего действия).
Реакция второго типа проходит при участии комплемента и приводит к повреждению антителами клеточных мембран, модифицированных токсикантом (см. ниже). Процесс сопровождается активацией субпопуляции клеток-киллеров, фагоцитов, и завершается разрушением клеток и их фогоцитозом. Такой механизм лежит в основе поражения некоторыми ксенобиотиками форменных элементов крови.
Третий тип аллергической реакции обусловлен образованием стойкого, длительно персистирующего в организме комплекса антиген-антитело. Этот комплекс активирует систему комплемента, а затем макрофаги, нейтрофилы, тромбоциты и другие клетки, участвующие в формировании воспалительного процесса. Классическими примерами реакций данного типа являются реакция Артюса (местный процесс), сывороточная болезнь (системный процесс), аллергические пневмонии.
Гиперреактивный пневмонит (см. раздел "Пульмонотоксичность") это феномен, включающий целую группу состояний, связанных с аллергизацией организма органической пылью, а также некоторыми низкомолекулярными соединениями. Обычно больные жалуются на приступы удушья, лихорадку, кашель, общее недомогание. Симптомы появляются спустя 4 - 6 часов после воздействия аллергена и наблюдаются в течение 12 - 24 часов. На рентгенограмме выявляются признаки интерстициального отека легких, иногда участки инфильтрации ткани. Гиперреактивные пневмониты характеризуются рядом общих черт: а). Преимущественное вовлечение в патологический процесс дыхательных путей; б). Развитие интерстициального мононуклеарного инфильтрата, заполняющего альвеолы (Т-супресоры, цитотоксические лимфоциты, макрофаги) и прогрессирующего в гранулёму; в). Значительная активация в тканях Т-лимфоцитов и макрофагов; г). Заболеванию сопутствует высокий уровень преципитирующих антител к аллергенам в крови, а в бронхиальном лаваже повышено содержание IgG, IgA, IgM и лимфокинов. Формирование этого гранулематозно-воспалительного процесса в легких во многом обусловлено генетически детерминированным нарушением механизмов регуляции иммунной системы.
Аллергическая реакция четвертого типа связана с сенсибилизацией Т-лимфоцитов. Пассивную передачу состояния гиперчувствительности данного типа от одного экспериментального животного другому можно осуществить только с помощью трансплантации лимфоцитов, но не плазмы крови (в отличии от реакций 1 - 3 типов). Сенсибилизированные лимфоциты атакуют гаптен или продукт взаимодействия гаптена с белковыми структурами тканей, что сопровождается выделением лимфокинов - активаторов клеточных реакций, аттрактантов лейкоцитов и других биологически активных веществ. В итоге, при выраженном процессе в месте поражения образуются обширные инфильтраты, склонные к некротизации. При внутривенном введении антигена возможно развитие шокоподобного состояния. Местные реакции могут развиваться в различных органах, например, в щитовидной железе, надпочечниках, кишечнике, печени, нервной системе, коже и т.д. По этому механизму формируются в частности аллергические контактные дерматиты (АКД). У чувствительных людей целый ряд синтетических и встречающихся в природе веществ может вызвать АКД (см. раздел "Дерматотоксичность"). Антибиотики, мази, косметика, смеси растворителей, краски и др., все эти агенты могут стать причиной заболевания. Сенситизация может развиться в результате однократного или повторного действия аллергена; в ряде случаев процессу предшествует многолетний контакт с веществом. Антигены, вызывающие данный тип реакции, как правило, высокоактивные соединения, растворимые в воде, способные коньюгировать с протеинами кожи с образованием комплексных антигенов, распознающихся иммунной системой как "чужеродное". Эпидермальные макрофаги (клетки Лангерганс), как полагают, играют ключевую роль в процессии антигена и презентации его Т-лимфоцитам. Ранние стадии АКД характеризуются эритемой и отеком. Межклеточный отек прогрессирует с образованием везикулярных элементов, которые, вскрываясь, образуют мокнущие поверхности. Тяжесть состояния может нарастать в течение нескольких суток после прекращения действия аллергена. Заживление проходит в течение 2 - 4 недель. Однажды возникнув, сенситизация сохраняется в течение длительного времени. Последующий контакт даже с малым количеством аллергена, запускает процесс. Системное поступление аллергена в организм может вызвать у сенситизированного человека тяжелую генерализованную кожную реакцию.
2.3.2. Псевдоаллергические реакции
Различные химические вещества, действуя на организм, порой вызывают состояния, чрезвычайно напоминающие аллергические реакции и проявляющиеся широким спектром нарушений от кожной сыпи до астмы и анафилаксии. При этом лабораторными методами не удаётся выявит участие в процессе иммунологических механизмов. Молекулярные механизмы таких феноменов в полной мере не ясны. Не исключено, что некоторые ксенобиотики обходят обычный двухстадийный процесс активации тучных клеток (фиксация на поверхности клеток антител; взаимодействие антигена с фиксированными антителами). В этом случае дегрануляция и высвобождение биологически активных веществ происходит вследствие непосредственного разрушения тучных клеток (цитотоксическое действие).
2.3.3. Иммуногены и аллергены
Молекулы, вызывающие иммунный ответ организма, называются иммуногенами. Идентификация иммуногена может быть осуществлена с помощью моноклональных антител. Как правило, аллергия развивается при действии именно иммуногенов, то есть высокомолекулярных соединений, естественных полных антигенов. Однако становится все более очевидным, что многие низкомолекулярные вещества (производственные токсиканты, лекарства, косметика, экополлютанты и т.д.) также могут вызвать состояние гиперреактивности, т.е. выступить в качестве аллергенов.
Еще со времен Ландштейнера известно, что при определенных условиях возможно формирование иммунной реакции на введение низкомолекулярного вещества, однако при условии, что оно вступит во взаимодействие с высокомолекулярным носителем с образованием так называемого комплексного антигена. Таким образом, важными моментами, определяющими вероятность развития аллергии, являются химические свойства, сенсибилизирующая доза вещества и продолжительность контакта. Для того чтобы вызвать иммунный ответ низкомолекулярное вещество должно обладать свойствами гаптенов, т.е., с одной стороны, иметь возможность взаимодействовать с эндогенными структурами организма, обладающими антигенными свойствами, а с другой, так модифицировать их, чтобы сенсибилизированные этим комплексным антигеном лимфоциты вырабатывали антитела, способные распознавать именно токсикант. Не редко аллергенами являются не сами вещества, а продукты их метаболизма. По-видимому, существует прямая связь между химической реакционной способностью и сенсибилизирующей активностью вещества. Токсиканты, образующие обратимые связи с белками крови не являются аллергенами.
В настоящее время установлено, что в иммунном ответе на комплексный антиген принимают участие как Т-, так и В-лимфоциты. При этом В-клетки распознают гаптен, а Т-клетки - макромолекулярный носитель. Этот принцип реализуется и при формировании реакции на естественные антигены. Антигены, активирующие иммунную реакцию только через взаимодействие с Т-клетками, называются Т-зависимыми антигенами. Антигены, активирующие иммунолгический процесс путем взаимодействия только с В-клетками, называются В-зависимыми антигенами. Количество веществ, действующих исключительно через Т- и В- лимфоциты, крайне мало.
Как указывалось выше, в качестве носителя гаптена могут выступать различные макромолекулы: белки, полипептиды, полисахариды. Особой реакционной активностью при образовании связей с носителем обладают соединения, имеющие в структуре амно-, нитро-, азо-, карбаминовые и некоторые другие группы. Как уже указывалось, во взаимодействие с носителем может вступать не исходный ксенобиотик, а продукт его метаболизма. Таков механизм формирования комплексного антигена, в частности, при действии на организм производных р-аминобензола. Предположительно в ходе метаболических превращений происходит гидроксилирование или окисление NH2-группы вещества. Образующиеся активные радикалы легко вступают во взаимодействие с сульфгидрильными и другими функциональными группами молекул-носителей с образованием ковалентных связей (рисунок 4).
Рисунок 4. Взаимодействие лиганда с белком
Подобные вещества вызывают аллергические реакции на целую группу соединений, что объясняется близостью их строения (рисунок 5).
Рисунок 5. р-аминобензол и его производные
Совокупность близких по строению аллергенов образует "парагруппу". К "парагруппе" производных аминобензола относятся, в частности, сульфаниламиды, производные фенотиазина, ацетанилиды, азокрасители, пикриновая кислота и др.
Другими хорошо известными аллергенами являются вещества, также способные образовывать прочные ковалентные связи с белками. Это цианаты, тиоцианаты, изотиоцианаты, альдегиды, галоген-содержащие вещества, тиогликолаты (таблица 6). К числу аллергенов принадлежат также ионы металлов Ni, Co, Zn, Hg, Ag, Cr и др.
Таблица 6. Строение некоторых низкомолекулярных аллергенов
Название |
Строение |
цианаты тиоцианаты изотиоцианаты альдегиды тиогликолаты |
R-OCN R-SCN R-CNS R-CH=O R-C-SH |
Особый вид аллергии, вызываемый ксенобиотиками, представляет фотоаллергия. В данном случае образование прочной связи между молекулой белка и гаптеном, накопившемся в коже, активируется в результате фотохимического превращения последнего, как правило, при действии ультрафиолетовых лучей. В клинической практике нередко встречаются с фотоаллергическими реакциями на хлорпромазин, псорален, сульфаниламидные препараты и др. (см. раздел "Дерматотоксичность").
Сенсибилизирующие свойства вещества могут быть оценены с помощью "индекса сенсибилизации", который представляет собой выраженную в процентах вероятность развития аллергии у лиц, контактирующих с веществом. Индекс сенсибилизации некоторых лекарственных веществ представлен в таблице 7.
Способность сенсибилизировать организм у разных веществ выражена не одинаково. Некоторые соединения (например фенилэтилгидантион, см. рисунок 6) в 90% случаев вызывают аллергизацию (появление экзантемы, отек кожи лица и слизистых оболочек, лихорадка), другие дают осложнение менее чем в 1% случаев.
Рисунок 6. Структура фенилэтилгидантиона. Снотворное средство
Важен способ аппликации вещества. Так, пенициллин при приёме через рот вызывает аллергические реакции менее чем в 1% случаев, при парентеральных способах введения - в 3%, а при аппликации на слизистые - до 15%.
Таблица 7. Индекс сенсибилизации некоторых лекарственных веществ
По частоте аллергических реакций, вызываемых медикаментами, на первом месте стоит пенициллин. Механизм формирования реакции в основном изучен. Антитела формируются на метаболиты пенициллина, в частности пеницилловую кислоту, пеницилленовую кислоту, пеницилламин. Эти соединения взаимодействуют с белками с образованием прочных амидных связей. Возможна перекрестная аллергия к другим препаратам группы пенициллина. Высокой иммуногенностью обладает цефалоспорин. При расщеплении 
-лактамного кольца препарата выявляются реактивные группы, обеспечивающие взаимодействие их с белками.
Свойствами аллергенов обладают производные салициловой кислоты, встречающиеся в виде примесей в лекарственных формах препарата (ангидрид ацетилсалициловой кислоты, цис-дисалицилид и др.).
Примерно у 3%, принимающих барбитураты, развиваются аллергические реакции. Как правило, отмечаются кожные проявления (экзантемы, эритема). Производные фенотиазина вызывают контактную сенсибилизацию кожи, аутоиммунный агранулоцитоз, отек Квинке. Наиболее часто реакция развивается у работающих на производствах по выпуску препаратов. Аллергенами также являются некоторые анестетики (новокаин, прокаин, бензокаин), рентгеноконтрастные вещества, вызывающие кожные реакции (эритема, уртикарная сыпь, буллезные изменения кожи, лихорадку), блокаторы адренорецепторов (поражение глаз, серозных оболочек).
У большинства людей при действии иммуногенов происходит сенсибилизация клеток, вырабатываются антитела. Однако далеко не у всех развиваются гиперреактивные реакции. Склонность к развитию гиперреактивных состояний, выявляемая у некоторой части популяции людей, объясняется генетически обусловленными особенностями человека (см. выше). Это еще более усложняет работу по контролю за качеством среды и обеспечению здоровья населения, поскольку у высоко чувствительных сенсибилизированных лиц неблагоприятные эффекты могут развиваться от доз токсикантов значительно ниже допустимых.
Механизмы действия аллергенов суммированы в таблице 8.
Таблица 8. Механизмы действия токсикантов, вызывающих аллергизацию организма и активацию аутоиммунных процессов
- вещество или его метаболиты являются полными антигенами; - вещество или его метаболиты являются гаптенами, способными образовывать с белками крови иммуногены и аутоантигены; - вещество или его метаболиты ковалентно связываются с макромолекулами легких, кожи, желудочно-кишечного тракта и т.д.; - вещество непосредственно повреждает иммунную систему, активируя В-лимфоциты, Т-лимфоциты, увеличивая соотношение хелперов/ супрессоров; - повреждение органа химическим веществом с высвобождением "скрытых" антигенов, превращающихся таким образом в аутоантигены; - ксенобиотик и макромолекулы тканей организма имеют общие антигенные детерминанты; |
2.4. Аутоиммунные процессы
Распознавание "чужеродного" и формирование биологической реакции на него - основная функция иммунной системы. Для того, чтобы реагировать на чужое, иммунная система должна распознавать и "своё". Поломки в механизмах, позволяющих иммунокомпетентным структурам отличать своё от чужого лежат в основе аутоиммунных процессов. Количество болезней и синдромов, в основе которых лежат аутоиммунные процессы неуклонно возрастает. Ранее в качестве пускового механизма рассматривали действие, прежде всего, инфекционного фактора. В настоящее время не меньшее значение придаётся химическим агентам.
Имеющиеся данные свидетельствуют, что аутоиммунные заболевания являются следствием количественных нарушений отдельных сторон и в норме протекающих процессов: увеличения количества пролиферирующих стволовых клеток, продуцируемых антител, образующихся комплексов антиген-антитело (иммунные комплексы). Полагают, что заболевания являются следствием сочетанного действия ряда причин, включая генетически обусловленную индивидуальную предрасположенность, сопутствующие воздействия среды, благоприобретённые дефекты механизмов регуляции иммунной системы. Так, у животных, с вызванным в эксперименте аутоиммунным процессом выявляется дефект клеток-супрессоров.
Аутоиммунные заболевания подразделяются на орган-специфичные и орган-неспецифичные. Оба процесса запускаются нормальными антигенами собственного организма, либо антигенами, модифицированными действием экзогенных факторов. Поскольку химические вещества могут с одной стороны, вступая во взаимодействие с макромолекулами организма изменять их антигенные свойства (см. выше), а с другой - существенно изменять процессы активации лимфоцитов, синтеза антител, продукцию цитокинов, не удивительно, что результатом взаимодействия организма и ксенобиотика могут стать аутоиммунные заболевания (таблица 9). Ртуть, диэлдрин, метилхолантрен - известные стимуляторы аутоиммунных реакций.
Таблица 9. Аутоиммунные болезни. Патология, обусловленная антителами
Синдромы |
Соответствующие ассоциированные антигены |
Системная красная волчанка |
однонитевая и двунитевая ДНК, ядерные и цитоплазматические ассоциированные антигены |
Миастения гравис |
рецепторный белок к ацетилхолину |
Аутоиммунный тиреоидит |
Тириоглобулин |
Аутоиммунная эндокринопатия |
отдельные гормоны |
Аутоиммунная гемолитическая анемия |
ксенобиотик, присоединенный к мембране клетки крови |
Иммунная гранулоцитопения |
- |
Иммунная тромбоцитопения |
- |
Пузырчатка |
внутриядерные ассоциированные антигены |
Сывороточная болезнь |
модифицированные белки крови |
Анафилаксия |
- |
Можно выделить три механизма, пока гипотетичных, инициации химическими веществами аутоиммунных заболеваний:
1. Прямое действие токсиканта на иммунную систему. Ксенобиотики могут оказывать действие на лимфоциты и макрофаги. В итоге, возможно, показанное в эксперименте, угнетение активности Т-супрессоров, усиление активности Т-хелперов, активация поликлональных В-лимфоцитов. Так, метилдофа, взаимодействуя с Т-супрессорами, провоцирует развитие аутоиммунной анемии у человека. Некоторые металлы, например, ртуть, вызывают стимуляцию поликлональных В-лимфоцитов.
2. Высвобождение аутоантигенов. Многие ксенобиотики могут нарушать целостность биологических структур и способствовать выходу в кровь тканевых антигенов, с которыми в норме иммунокомпетентные клетки не сталкиваются. Возможно простое увеличение количества антигенов, в норме циркулирующих в крови. Хроническое воздействие некоторых металлов (ртути, золота, марганца, кобальта и т.д.) вызывая хронический воспалительный процесс в тканях, провоцируют развитие аутоиммунных реакций.
3. Модификация собственных антигенов. Ксенобиотики, взаимодействуя с макромолекулами тканей, могут изменять их конформацию, формировать в них новые детерминанты, вызывать экспрессию "спрятанных" детерминантных групп. В итоге эти структуры перестают восприниматься иммунной системой как "свои". Примером такого взаимодействия является действие дигидролазина (рисунок 7) на нуклеопротеины.
Рисунок 6. Структура дигидролазина. Мочегонное средство
Наиболее вероятно возникновение аутоиммунных заболеваний при длительном, хроническом действии токсикантов на организм. Эту возможность следует иметь в виду при обеспечении здоровья лиц, контактирующих с вредными факторами на производствах, проживающих в экологически неблагоприятных регионах.
3. Краткая характеристика токсикантов
3.1. Бериллий.
Хотя бериллий был открыт еще в 18 веке, его токсическое действие обнаружилось лишь в ХХ.
В 1945-50 годах в США регистрировались эпидемические вспышки острых и хронических интоксикаций бериллием на предприятиях по его производству, выплавке сплавов, изготовлению неоновых ламп, а также среди населения, проживающего близ этих производств. Первоначально патологию, вызванную металлом, принимали за саркоидоз, легочное и мультисистемное заболевание неизвестной этиологии. В настоящее время заболевания острым бериллиозом на предприятиях полностью ликвидированы. Однако экологи полагают, что в связи с увеличением объемов используемого в производстве бериллия возможен рост числа лиц, подвергающихся хроническому воздействию. Коварство бериллия, его способность вызывать реакцию сенситизации заставляют исследователей и практических врачей рекомендовать строгий контроль за состоянием здоровья всех людей, работающих с бериллием.
Заболевание, возникающее в результате длительно воздействия бериллием, называется хроническим бериллиозом и представляет собой гранулематозный процесс, проявляющийся преимущественно в легких, реже в других органах. В отличие от острого поражения, интенсивность хронического воздействия, по-видимому, не является важным фактором, определяющим тяжесть поражения. Дело в том, что в основе патологии лежит реакция гиперчувствительности к бериллию, выступающему в качестве антигена или гаптена. Недавние исследования показали, что сенситизация может развиться даже при кратковременном действии металла в очень малых концентрациях. Скрытый период между моментом первого воздействия бериллием и развитием клиники заболевания продолжается от нескольких месяцев до 30 лет. Средняя продолжительность латентного периода 6-10 лет.
Нарушения функций легких при хроническом бериллиозе могут протекать в нескольких формах:
преимущественно обструктивный тип (примерно у трети отравленных);
рестриктивный тип (у одной четверти пострадавших);
снижение диффуззионной способность легких (в тесте с СО) при неизмененных легочных объемах и проходимости бронхов (у одной трети пострадавших).
Наиболее ранний симптом - одышка при физической нагрузке. Часто присоединяются боли за грудиной, кашель, артралгии, повышенная утомляемость, потеря веса. При исследовании выявляются двухсторонние хрипы, цианоз, пальцы в форме барабанных палочек, лимфоаденопатия, поражения кожи. В запущенных случаях - правосердечная недостаточность, cor pulmonale. У небольшой части отравленных отмечаются нарушения, выявляющиеся лишь при физических нагрузках в форме увеличения альвеолярно-артериального градиента рО2; процесс без нарушения функций на фоне гранулемы в легких и бериллий-специфических иммунологических реакций лимфоцитов легочного лаважа.
При исследовании биоптатов легких у больных выявляются нераспадающиеся гранулемы, мононуклеарные клеточные инфильтраты в интерстиции легких и различной степенью выраженности фиброз легких. В бронхоальвеолярном лаваже обнаруживается большое количество лейкоцитов, увеличенное число лимфоцитов, повышенное соотношение Т-хелперов к Т-супрессорам.
Помимо легких, гранулемы обнаруживаются в печени, селезенке, региональных лимфатических узлах, миокарде, скелетных мышцах, почках, слюнных железах, костях, коже.
Хроническая интоксикация бериллием часто сопровождается гранулематозными изменениями кожных покровов даже в тех случаях, когда прямого действия металла на покровную ткань не было.
У 10% больных выявляется гепатомегалия. Реже в патологический процесс вовлекается ЦНС.
В литературе имеются данные о выздоровлении, наступившем без лечения. Однако на такой исход всегда мало надежды. У большинства больных постепенно прогрессирует дыхательная недостаточность и правожелудочковая недостаточность сердца. В запущенных случаях бериллиоза летальность может составить до 30%.
4. Определение иммунотоксичности ксенобиотиков
Стратегия определения иммунотоксичности состоит в последовательном изучении в эксперименте состояния элементов иммунной системы (от клетки до целостного организма), в условиях воздействия испытуемого токсиканта. Ни одна отдельно взятая методика не является в полной мере надежной и достаточной для оценки потенциальной опасности ксенобиотика. Содержание одного из пакетов тестов представлено в таблице 10.
Таблица 10. Двухэтапный пакет тестов оценки иммунотоксичности ксенобиотика
Этап |
Параметры |
Методы исследования |
1. Этап скрининга |
Иммуноморфология
Гуморальный иммунитет
Клеточный иммунитет
Неспецифическая резистентность |
Гематологические: общий анализ крови, формула крови; Вес тела, селезенки, тимуса, почек, печени, легких; Гистология: селезенки, тимуса, лимфатических узлов Подсчет колоний клеток, образующих IgM к Т-зависимым и Т-независимым антигенам и ответ на митогены Ответ на действие митогена и смешанный лейкоцитарный ответ на аллогенные лейкоциты Фагоцитарная активность клеток |
2. Этап изучения механизмов |
Морфология
Гуморальный иммунитет
Клеточный иммунитет
Неспецифический иммунитет Оценка резистентности организма |
Подсчет числа В- и Т-лимфоцитов в селезенке Подсчет колоний клеток, образующих IgG к Т-зависимым антигенам Функции цитотоксических лимфоцитов; Количество перитонеальных макрофагов и анализ их функциональной активности Прививка опухолевых тканей: саркома PYB6 меланома B6F10 Бактериальные модели: Listeria monocytogenes Streptococcus spp Паразитарные модели: Trypanosoma musculi Plasmodium yoellii Вирусные модели: вирус гриппа |
Исследования первого этапа предназначены для выявления потенциальных иммунотоксикантов. Тесты второго этапа позволяют установить механизм иммунотоксичности и потенциальную способность вещества нарушать общую резистентность организма. Обычно токсикант вводится мышам в течение 14 дней, хотя в случае неясных результатов введение может быть продолжено до 30 и даже 90 суток.
Для изучения иммуносупрессорных свойств токсикантов в лабораторных условиях могут быть применены животные, зараженные патогенными микроорганизмами. С целью инфецирования используют: Listeria monocytogenes, Streptococcus pneumonia, Trypanosoma musculi, Plasmodium yoellii, вирус гриппа, вирус герпеса простого и т.д. В подобного рода исследованиях удаётся оценить состояние отдельных элементов иммунной системы. Продолжительность анализа - 2 - 3 недели.
Примером хорошо отработанного теста на иммунотоксичность ксенобиотика, является метод введения мышам, подвергшимся действию токсиканта, культуры трипаносом (trypanosoma musculi). Эти трипаносомы являются непаразитическими, экстрацеллюлярными микроорганизмами. Поражение мышей этими организмами на ранних этапах заражения контролируется врожденными механизмами резистентности, в частности фагоцитозом. В поздние стадии (10 дней инфекционного процесса) паразитемия контролируется механизмами антителообразования. Конечный этап (18 - 20 день) инфекционного процесса проходит под контролем как клеточного, так и гуморального иммунитета. Таким образом, в одном эксперименте можно определить влияние ксенобиотика на несколько элементов иммунной реакции (фагоцитоз, выработку антител, клеточный иммунитет). Вызванные токсикантом повреждения фагоцитоза, либо антителообразования, либо механизмов клеточного иммунитета, проявляются паразитемией в соответствующем периоде развития инфекции. Эта модель достаточно чувствительна и эффективна при оценке иммуносупрессорных свойств ксенобиотиков.
Оценка потенциальной способности веществ сенсибилизировать организм проводится в опытах на лабораторных животных, как правило, на морских свинках. В настоящее время используются три группы тестов: Draize; Buehler; Magnusson-Kligman. Тесты различаются способами введения токсикантов: внутрикожное, накожное и подкожное, соответственно; используемыми в исследовании адъювантами, промежутками времени между сенситизацией и провокацией реакции. В настоящее время как наиболее специфичный и точный рассматривается тест Magnusson-Kligman. С методикой проведения исследований можно познакомиться в специальной литературе.
5. Выявления иммунотоксических эффектов
Не смотря на многочисленные данные об иммунотоксических свойствах веществ, получаемых на экспериментальных животных, в силу сложности экстраполяции, сведения о влиянии веществ на человека порой противоречивы. Кроме того далеко не у всех лиц, с признаками иммунотоксического поражения органов (гломерулонефрит, пневмониты, астма, аллергические дерматиты, гепатиты и т.д.) удается легко выявить химическую природу этиологического фактора, определить источник воздействия. Достаточно сложно отличить дисфункцию системы, как следствие какого либо заболевания или недостаточности питания, от химически обусловленной патологии. Поэтому для выявления иммунотоксичности вслед за этапом оценки иммунного статуса обследуемых лиц, должен следовать этап поиска доказательства причинно-следственных связей между выявленными нарушениями и действием токсиканта.
Исследования должны начинаться с тщательного обследования и сбора анамнеза. Необходимо особое внимание уделять выявлению классических проявлений и симптомов иммунных нарушений. Сложные лабораторные тесты могут обеспечить детальную информацию о состоянии гуморального и клеточного компонентов иммунитета, комплемента, фагоцитарных функциях, однако проведение этих тестов в подавляющем большинстве случаев совершенно излишне. Для оценки состояния иммунной системы часто вполне достаточно использовать простые скрининговые методы. Необходимо иметь в виду, что вследствие высокой лабильности иммунной системы, получаемые в ходе обследования результаты, характеризуют её состояние только в данный момент времени.
5.1. Оценка иммунологического статуса
Для оценки статуса человека с предполагаемой иммунной патологией Иммунологическая секция ВОЗ рекомендует использовать тесты, представленные на таблице 11.
Таблица 11. Тесты клинического иммунологического скрининга
- Подсчет числа форменных элементов крови. Формула крови - Количественный электрофорез плазмы крови |
Гуморальный иммунитет: - Количество иммуноглобулинов (IgG, IgM, IgA, IgE) - Титры изоантител |
Клеточный иммунитет: - Кожные тесты на отсроченную гиперреактивность |
Аутоиммунный процесс: - Титр аутоантител |
Эти исследования следует проводить перед тем, как переходить к более сложным и дорогим диагностическим процедурам (таблицы 12, 13).
Талица 12. Методы оценка состояния гуморального иммунитета
Функция иммуноглобулинов: - электрофорез белков - количество иммуноглобулинов в плазме крови - титр специфических антител (изогаммаглобулины, антистрептолизин О, антитела к возбудителям свинки, кори, полиомиелиту) - антигенный ответ: - первичное антителообразование - вторичное антителообразование Функция В-лимфоцитов: - количество В-лимфоцитов с поверхностными иммуноглобулинами (нормальное содержание 4 -10%) - активация В-лимфоцитов (реакция на митогены, инактивированные антигены, индукцию клеточного деления) - пролиферация В-лимфоцитов (измерение интенсивности пролиферации путём изучения скорости инкорпорации тимидина, меченого тритием) - дифференциация В-лимфоцитов (определение колоний антителосекретирующих клеток или определение количества антител в супернатанте культуры клеток; определение продукции иммуноглобулинов индуцированной митогенами Т- и В-лимфоцитов) |
Таблица 13. Методы оценка состояния клеточного иммунитета
Подсчёт лимфоцитов Тесты на трансформацию лимфоцитов: - стимуляция митогенами - воздействие антигенов - смешанная культура лимфоцитов Определение лимфокинов: - фактор ингибирования макрофагов - фактор угнетения миграции лимфоцитов - лимфоцитарный хемотаксический фактор Кожные тесты на отсроченную гиперчувствительность (антигены: свинка, трихофитон, тетанотоксоид и др.) Лимфоцитарная цитотоксичность, активность естественных киллеров Субпопуляции Т-клеток: соотношение хелперы/супрессоры |
Электрофорез белков позволяет быстро установить нормально ли у обследуемого содержание иммуноглобулинов, нет ли дисгаммаглобулинемии. Гипогаммаглобулинемия обычно является следствием вторичного иммунного дефицита. Определение иммуноглобулинов даёт прямую информацию о наличии или отсутствии моноклональной или поликлональной гаммаглобулиноапатии. Основными типами иммуноглобулинов являются IgG, IgM, IgA, IgE их определение оправдано в тех случаях, когда частью клинического синдрома является аллергический компонент. Определение специфичных антител методологически сложно (методы энзимсвязанной иммуносорбции). Наиболее часто развивается дефицит IgA, причем в 50% случаев при этом отсутствуют признаки патологии. Функция этого иммуноглобулина - защита слизистых барьеров организма от инфекции.
Нарушение клеточного иммунитета можно выявить, ориентируясь на симптомы заболеваний, ассоциирующихся с функциями этого механизма резистентности. Как известно, к числу таких функций относятся: уничтожение внутриклеточных патогенных организмов, отторжение опухолевых клеток, отсроченные реакции гиперреактивности, в том числе контактные дерматиты, аутоиммунное повреждение органов и тканей. Наиболее часто дефицит клеточного иммунитета проявляется учащением инфекционных заболеваний вирусной и грибковой этиологии.
Любое уменьшение числа Т-лимфоцитов, выявляемое при подсчете формулы крови, до уровня 75 - 85% от нормального значения, называется лимфопенией. Определение числа Т-лимфоцитов различных типов производится путем подсчета розеток, образуемых с эритроцитами барана и с помощью флюоресцирующих моноклональных антител к зрелым Т-лимфоцитам.
Тест на трансформацию лимфоцитов можно провести in vitro с использованием митогенов (фитогемагглютинин и др.) и растворимых антигенов, добавляя их к культуре клеток.
Кожные тесты на отсроченную гиперреактивность могут быть выполнены с использованием обычных антигенов, таких как антиген возбудителя свинки, Trichophyton, Candida ablicans. Эритематозная кожная реакция с индурацией ткани, размером более 10 мм, спустя 24, 48, и 72 часа после инъекции 0,1 мл антигена под кожу ладонной поверхности предплечия указывает на серьёзную модификацию клеточных механизмов иммунитета (антиген был распознан лимфоцитами, произошла его процессия, активированы Т-клетки, секретированы лимфокины, произошло привлечение в регион несенситизированных лимфоцитов). Позитивный кожный тест на 3 из 5 вводимых антигена выявляется у 95% населения и указывает на адекватную физиологическую реакцию иммунной системы. Отрицательный результат может быть следствием не только дефекта иммунной системы, но и неправильно выполненной пробы. Важнейшим элементом постановки кожного теста является стандартизация используемых антигенов.
Определение аутоантител может оказаться полезным при диагностике системных заболеваний соединительной ткани, активной фазы хронического гепатита, красной волчанки и т.д. Обычно выявляемые антитела специфичны в отношении ядер клеток, ДНК, структурных элементов гладкомышечных волокон, клеток щитовидной железы. Антитела к ядрам клеток иногда определяются у здоровых людей (особенно пожилого возраста), а также у больных ревматизмом. Проявления иммунной токсичности ксенобиотиков очень часто ошибочно приниматься за аутоиммунные заболевания и хронические воспалительные процессы иной этиологии.
С диагностическими целями может быть изучено содержание специфических антител к антигенам, с которыми человек, как правило, контактировал на протяжении жизни. К числу таких антител относятся изогемагглютинины, антистрептолизин-О, антитела к кори, свинке, полиомиелиту и т.д. Для оценки функционального состояния иммунной системы возможно использовать метод изучения иммунного ответа на первичный контакт с антигеном, а также выраженность вторичной иммунной реакции. Обычно исследование проводят путем повторного введения тетанотоксоида с измерением титра вырабатывающихся антител. К действию иммуносупрессоров более чувствительна иммунная реакция на первичный контакт с антигеном.
Дефицит отдельных компонентов системы комплемнта может сочетаться с различными заболеваниями. Показаниями для изучения состояния комплемента являются: частые инфекционные заболевания, системные бактериальные инфекции, подозрения на аутоиммунный процесс. Ряд клинических синдромов связан с неадекватной активацией комплемента. Это, например, хроническая уртикарная сыпь, кожные васкулиты, пурпура, артралгии, артриты, лихорадочные состояния неизвестной природы, нефриты. Снижение содержания в сыворотке крови компонента С4 указывает на недостаточную активацию системы комплемента. Активация системы комплемента и наличие высокого титра антител указывает на патологию иммунного комплекса и аутоиммунный процесс. Позитивная реакция на иммунные комплексы, наличие аутоантител, активация комплемента - свидетельства органной патологии.
Полная оценка фагоцитарных функций иммунной системы включает:
- подсчет числа нейтрофилов в периферической крови;
- определение скорости восстановления нитросинего тетразолия (НСТ) нейтрофилами;
- изучение хемотаксиса клеток;
- изучение фагоцитарной активности;
Для выявления нарушений нет необходимости проводить все указанные определения. Снижение количества полиморфноядерных нейтрофилов до уровня 1000 и ниже в 1мм3 крови сопряжено с увеличением риска развития инфекционного процесса.
Лейкопению вызывает большое число этиологических факторов, среди них инфекция, токсиканты, ионизирующее излучение. Причинами нейтропении при действии ксенобиотиков (см. раздел "Гематотоксичность") могут быть угнетение костного мозга и аутоиммунный процесс, развивающийся при повторном контакте с токсикантом.
|
