Журнал «Медицина неотложных состояний» 7 (70) 2015

К возможным патогенетическим механизмам при сепсисе относят: общую тканевую гипоксию, расширение эндотелиально-клеточного повреждения; активацию коагуляционного каскада и угнетение фибринолиза; микроциркуляторно-митохондриальный дистресс-синдром [1–5]. Остановимся подробнее на каждой из указанных позиций.

Активация воспаления при сепсисе. Воспаление является нормальным ответом организма на инфекцию. Инициальный ответ организма на инфекцию индуцирует провоспалительное состояние. Происходит выделение таких провоспалительных медиаторов, как тумор-некротизирующий фактор альфа (TNF-α), интерлейкины (IL-1, IL-6), фактор активации тромбоцитов, простагландины и т.д. Параллельно продуцируются противовоспалительные медиаторы, такие как IL-4 и IL-10, которые ограничивают провоспалительный ответ организма. При сепсисе регуляция раннего ответа организма на инфекцию утрачивается. В результате развивается массивная системная реакция, которая приобретает характер чрезмерной. Чрезмерный физиологический ответ опосредуют TNF-α и IL-1, что приводит к тканевому повреждению, развитию диффузного капиллярного повреждения и органной дисфункции. 

Активация коагуляции при сепсисе. Процессы воспаления и коагуляции тесно взаимосвязаны: многие из провоспалительных цитокинов индуцируют выделение тканевого фактора (TF) из эндотелиальных клеток и моноцитов, инициируя коагуляцию. В норме каскад прокоагуляции находится в балансе с механизмами антикоагуляции. При сепсисе антикоагулянтные системы истощаются по причине участия их компонентов в процессе развития тяжелого сепсиса и септического шока. При этом активация TF одновременно со снижением активности многих природных антикоагулянтных механизмов приводит к сдвигу гемостатического баланса в сторону коагуляции. Проблемой при сепсисе является то, что много природных антикоагулянтных механизмов или систем, включая гепарин — антитромбин — протеин С — тромбомодулин, угнетены или повреждены. Гемостатический фенотип — кровотечение или тромбоз — является результатом нарушения этого баланса в том или ином направлении. Механизм этого дисбаланса может быть клиническим парадоксом, что проистекает из системной недостаточности функции с локальным тромботическим результатом.  

Угнетение фибринолиза при сепсисе. Фибринолитическая система непосредственно подключается к септическому процессу. У многих больных с тяжелым сепсисом фибринолиз, как нормальный ответ организма для исключения чрезмерного тромбообразования, угнетается, в то время как активация коагуляции доминирует. Плазмин, как принципиальный эффектор фибринолиза, создается тогда, когда тканевый плазминогенактивирующий фактор (t-PA) запускает превращение плазминогена в плазмин, который впоследствии разрушает нити фибрина, что приводит к деградации фибриногена и факторов коагуляции V и VIIІ. Супрессия фибринолиза в соединении с активацией коагуляции создает динамический процесс коагулопатии у больных сепсисом. Экспериментальные исследования, в которых добровольцам назначали эндотоксин или TNF-α, подтвердили угнетение фибринолитических процессов. Указанные изменения являются ведущими в возникновении органной дисфункции и прогрессировании сепсиса.

Микроциркуляторно-митохондриальная дисфункция. Основными функциями микроциркуляторной системы являются обеспечение адекватной тканевой оксигенации и клеточного метаболизма путем транспорта кислорода и нутриентов в ткани и обратного транспорта метаболитов, обеспечение иммунной защиты, а также доставка лекарственных препаратов во время болезни. Микроциркуляторное русло складывается из маленьких сосудов (меньше 100 мкм в диаметре), где осуществляются процессы диффузии кислорода в ткани, и представляет собой комплекс из артериол, капилляров и венул. Структура и функции микроциркуляции в разных органах и тканях различаются, однако изначальными, определяющими характеристиками периферического кровообращения являются кровяное давление, тонус артериол и венул, эластичность эритроцитов, капиллярная проницаемость, коллоидно-онкотическое давление плазмы и вязкость крови. Регуляторные механизмы, которые контролируют микроциркуляторную перфузию, определяются как миогенные, нейрогуморальные и метаболические, зависимые от концентраций кислорода, СО2 и Н+. Эта система контроля использует аутокринные и паракринные механизмы для регуляции микроциркуляторного кровотока в зависимости от реальных потребностей тканевых клеток. Эндотелиальные клетки выполняют центральную роль в этой системе контроля, откликаясь на гемодинамические, метаболические и другие регулирующие сигналы для управления артериальным гладкомышечным тонусом и капиллярным наполнением. Эндотелиальные межклеточные сигналы передают информацию о состоянии микроциркуляторной гемодинамики в центральные регуляторные системы. Эндотелий контролирует также коагуляцию и иммунную функцию, влияя на микроциркуляцию. Современные исследования подтверждают, что нарушения клеточного метаболизма вследствие цитопатологической гипоксии представляют собой критический компонент в развитии органной дисфункции при сепсисе. Генераторами энергетического запаса организма являются митохондрии. В митохондриях происходят процессы окислительного фосфорилирования и обновления в дыхательном звене. Энергетический обмен в митохондриях обеспечивают более чем 50 ферментов и ферментативных комплексов. В экспериментальных и клинических исследованиях установлено, что митохондриальное окислительное фосфорилирование грубо нарушается в условиях эндотоксемии и воспалительного медиатоза. Позитивные результаты после использования активированного протеина С показывают, что митохондриальная дисфункция является лишь одним из механизмов развития синдрома полиорганной недостаточности (СПОН). Улучшают митохондриальную функцию и тканевое дыхание ингибиторы индуцибельной NO-синтетазы (аминогуанидин), антиоксиданты предупреждают деструкцию ядерной ДНК. Продолжаются исследования по разработке новых технологий для предупреждения митохондриальной дисфункции и СПОН.

Однако следует помнить, что структура патогенеза сепсиса, в которой летальность рассматривается как следствие неконтролируемого ответа на уровне таких процессов, как воспаление — коагуляция — фибринолиз, была модифицирована. Эта парадигма упрощена и правдива лишь частично [6–11].

По современным данным, септический ответ представляет собой комплекс экстремальных разветвленных явлений, включающих воспалительные и антивоспалительные процессы, гуморальные и клеточные реакции, циркуляторные нарушения. Диагностика сепсиса и оценка его тяжести включают многие переменные, отражающие специфические признаки и симптомы сепсиса. Биологические маркеры занимают важное место в этих процессах, указывая на наличие или отсутствие сепсиса или его тяжесть, и могут дифференцировать бактериальные, вирусные или грибковые инфекции, отличать системные проявления сепсиса от локальных инфекций. При ином потенциальном применении биологических маркеров подразумевают их прогностические возможности, оценку эффективности антибактериальной химиотерапии, оценку ответа на комплексное лечение в целом и исход заболевания, дифференцирование грамотрицательных и грамположительных микроорганизмов, вызывающих сепсис, прогнозирование осложнений сепсиса и развитие органных дисфункций/недостаточности. Практически все биологические маркеры в той или иной степени отражают этапы развития патофизиологических процессов сепсиса. Существует следующая категоризация биологических маркеров сепсиса:

І. Цитокины/хемокины: IL-1β, IL-2, IL-4, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12, IL-13, IL-18; антагонисты рецепторов IL-1; HMGB-1 — высокомобильный протеин группы 1; макрофагальный воспалительный протеин 1 и 2; фактор, угнетающий миграцию макрофагов; белки хемотаксиса моноцитов 1 и 2; остеопонтин; фактор некроза опухоли (TNF-α) и т.д.

ІІ. Рецепторные биомаркеры: хемокиновые рецепторы 2 и 3; TNF-рецепторы (растворимые); рецепторы IL-2 (растворимые); фосфолипаза А2 группы ІІ; триггерные рецепторы на миелоидных клетках; Toll-подобные рецепторы 2 и 4; рецепторы продуктов достигнутого гликирования; рецепторы активатора плазминогена типа урокиназы.

III. Клеточные маркеры: CD10, CD11B; CD11C; CD14 (клеточные и растворимые); CD18; CD25 (клеточные и растворимые); CD28 (растворимые); CD40 (клеточные и растворимые); CD48; CD64; CD69; CD80; CD163 (растворимые); mHLA-DR (растворимые).

IV. Биомаркеры острофазового ответа: сывороточный амилоид А; церулоплазмин; СРБ; ферритин; альфа-1-кислый гликопротеин; гепсидин, липополисахаридсвязывающий протеин (LBP); манносвязывающий протеин (MBP); прокальцитонин; альфа-2-макроглобулин.

V. Биомаркеры, отражающие повреждение сосудистого эндотелия: ангиопоэтин-1 и -2; эндотелиальные лейкоцитарные адгезивные молекулы; внутриклеточные адгезивные молекулы; E-селектин; L-селектин; Р-селектин; молекулы адгезии сосудистых клеток; фактор роста сосудистого эндотелия; von Willebrand.

VI. Биомаркеры вазодилатации: адреномедуллин, проадреномедуллин, ангиотензинпревращающий фермент; 2-арахидоноглицерол; Copeptin; натрий–уретический пептид С-типа; циклические нуклеотиды; эластин; нейропептид J; оксид азота, нитраты, нитриты; субстанция Р; вазоактивный интестинальный пептид.

VII. Биомаркеры коагуляции: антитромбин ІІІ (АТ ІІІ); активированное частичное тромбопластиновое время; d-димеры, ТАТ; фибрин; ингибитор активатора плазминогена; протеин С и S; тромбомодулин.

VIII. Биомаркеры органных дисфункций: предсердный натрийуретический пептид С-типа; мозговой натрийуретический пептид; карбомилфосфатсинтетаза; эндотелин-1, проэндотелин-1; GC-глобулин; α-глутатион-S-трансфераза; гельсолин; грелин; рост-сдерживающий специфический протеин, протеины теплового тока 70, 72, 73; гиалуронан; NF-rB (активность ядерного фактора); свободная ДНК; цитокератин-18 и т.д.

С учетом патофизиологической роли биологических маркеров сепсиса в 2010 году Н.Н. Мосенцевым, Л.А. Мальцевой и Н.Ф. Мосенцевым была разработана схема патогенеза сепсиса, объединяющая все ранее существующие парадигмы (рис. 1). Комментарии к рис. 1 можно представить следующим образом.

Продукты жизнедеятельности микробных тел — так называемые патогенассоциированные молекулярные паттерны или образы (Patogen-associated molecular patterns — PAMP): липополисахарид, пептогликаны, липотейхоевая и маннуроновые кислоты, маннаны и глюканы — являются естественными лигандами сигнальных паттернраспознающих рецепторов (Pattern-recognition receptors — PRRs), таких как Toll-подобные рецепторы (TLR1-9), NOD-1 и -2, рецептор для постоянного фрагмента Ig-FcR и др. Активация рецепторов соответствующими лигандами приводит к транслокации ядерного фактора каппа-бета (NF-KB) на внутреннюю поверхность мембран клеточных ядер, вызывая транскрипцию генов, контролирующих продукцию провоспалительных цитокинов. Экспрессия генов сопровождается синтезом и поступлением в кровоток провоспалительных цитокинов. Цитокинраспознающие рецепторы на поверхности макрофагов, нейтрофилов (TNFR, ILRs) активируют соответствующие иммунокомпетентные клетки, вовлекая их в собственно иммунный ответ. Принципиальный инициатор острофазового ответа печени IL-6 активирует фактор преобразования и активации сигналов транскрипции STAT-3 с последующей транскрипцией печеночно-специфических генов, контролирующих протеолиз, глюконеогенез, кетогенез и уреагенез, вызывает продукцию и секрецию цитокининдуцированного нейтрофильного хемоаттрактанта (CLNC) и позитивных реактантов острой фазы воспаления, таких как С-реактивный белок (СРБ), LBP, MBP, амилоидный белок А, фибриноген и др. Наибольшей нейтрализующей и опсонирующей способностью по отношению к антигенам обладает СРБ, концентрация которого многократно возрастает. СРБ активирует систему комплемента по классическому пути, опсонизацию антигенов и бактерий. С клетками иммунореактивности СРБ связывается через высокоаффинные рецепторы (FCJ), активируя CD-4 и CD-8 (позитивные клетки), β-лимфоциты и макрофаги. Лигандами для СРБ являются стрептолизин О, липополисахарид, IL-4, IL-8. СРБ регулирует выраженность воспалительного ответа и ограничивает неспецифическую регуляторную иммуносупрессию, но провоцирует развитие инсулинорезистентности путем усиления фосфорилирования субъединиц. Снижение продукции негативных реактантов острой фазы — преальбумина, трансферрина, гепсидина, церулоплазмина — является закономерной реакцией, компенсирующей позитивный острофазовый ответ, но одновременное снижение синтеза антитромбина ІІІ, гельсолина, GC-глобулина, протеинов C и S и истощение системы глутатиона являются значимым фактором развития микроциркуляторной дисфункции. Одновременная активация печеночных Х-рецепторов гормонами стресса, митогенактивированной протеинкиназы (МАРК), белка, регулирующего глюкокиназу (GRP), транскрипция генов, кодирующих глюкозные транспортеры (GLUTs) и ферменты аэробного гликолиза, ферментные комплексы цикла трикарбоновых кислот сопровождаются развитием инсулинорезистентности и митохондриальной дисфункции. Микроциркуляторно-митохондриальный дистресс-синдром (ММДС) становится универсальным звеном острого повреждения органов и полиорганной дисфункции. Неферментативное окисление белков, жиров и углеводов приводит к накоплению продуктов завершенного гликирования (AGEs), активирующих соответствующие рецепторы RAGE и формирующих избыточный воспалительный ответ с образованием молекулярных паттернов, ассоциированных с повреждением (протеины семейства S100, амфотерин или HMGB-1). Активация негативного регулятора острой фазы — печеночного ядерного рецептора гомолога (LRH-1) сопровождается продукцией фетуина, инактивирующего HMGB-1, хемокины и провоспалительные цитокины, ослабляя проявления воспалительного ответа и гипоксии. Стимуляция фактора, индуцируемого гипоксией, HIF-1α усиливает митохондриальную депрессию с высвобождением цитохрома С из митохондрий в цитоплазму, активирующего каспазы, кальпаины, апоптозиндуцирующий фактор AIF и апоптозный фактор, активирующий протеазы APAF-1. Накопление в крови таких биомаркеров некроза, как цитокератин-18 (СК-18), свободной ДНК указывает на острую белковую деградацию с вовлечением убиквитин-протеасомного протеолиза и является ранним предиктором необратимой полиорганной недостаточности и смерти при тяжелом сепсисе.

До недавнего времени основные исследования сепсиса были сфокусированы на блокировании инициальной воспалительной, цитокин-опосредованной фазы. Улучшение протокола интенсивной терапии способствовало выживанию пациентов в воспалительной фазе и плавному протеканию заболевания в иммуносупрессивной фазе. Смертность в этой фазе происходит в результате невозможности контролировать основную инфекцию или присоединения вторичной госпитальной инфекции [13, 14].

Традиционный иммунный ответ организма пациента на сепсис считается инициальной воспалительной реакцией. Однако через несколько дней последняя переходит в более продолжительную иммуносупрессивную фазу. Недавние исследования показали, что при сепсисе провоспалительные и противовоспалительные ответы проявляются рано и одновременно. Сеть инициальных эффектов этих соревнующихся процессов обычно проявляется ранней доминантной воспалительной фазой, характеризируемой шоком, температурой и гиперметаболизмом. Прочность гипервоспалительной фазы зависит от множества факторов: сопутствующей патологии, нутриционного статуса, нагрузки микроорганизмами, факторов вирулентности и т.д. J.S. Boomer et al. показали, что пациенты, умершие от сепсиса, страдали от иммуносупрессии [15]. Иммунные клетки, отобранные из селезенки или легких септических пациентов в сроке 30–180 минут после смерти, показали значительное уменьшение продукции про- и антивоспалительных цитокинов. В общем эти результаты показывают, что сепсис инициирует множество параллельных механизмов иммуносупрессии, включая врожденные и адаптивные механизмы иммунной системы.

O. Rigato et al. [16] уверены, что иммуносупрессия больше, чем воспаление, участвует в увеличении летальности. Данная уверенность обоснована следующими проведенными исследованиями:

1) многочисленные посмертные исследования продукции цитокинов в периферической крови свидетельствуют о значительном снижении пула провоспалительных цитокинов;

2) у большинства пациентов, умерших от сепсиса, были оппортунистические инфекции, что вызывало дефект иммунной системы пациента как доминантную причину смерти;

3) более 30 рандомизированных контролируемых исследований противоречат гипотезе, что воспаление является ключом механизма патогенеза сепсиса. Без сомнения, фокальные очаги воспаления появляются в инфицированных тканях септических пациентов. Наверняка эти фокальные очаги воспаления участвуют в формировании органной дисфункции, заболеваемости и смертности септических пациентов. Однако авторы считают, что сепсис характеризуется в основном системной иммуносупрессией, ведущей к эрадикации основных инфекций и присоединению вторичных летальных инфекций. 

Фундаментальные открытия в области сепсиса были произведены, когда исследователи продемонстрировали, что апоптоз вызывает значительное истощение иммунных клеток, включая CD4+ и CD8+, T-cells, В-cells, фолликулярных дендритных клеток и интердигитальных дендритных клеток в различных органах у пациентов, умирающих вследствие сепсиса, что ведет к иммуносупрессии [17–21]. Сепсисопосредованный апоптоз иммунных клеток на данный период доказан в некоторых посмертных исследованиях, он поражает все возрастные группы и появляется в ответ на действие различных микроорганизмов. Апоптоз иммунных клеток проявляется в лимфоидных тканях (селезенка, тимус, лимфатические узлы и т.д.) и иммунной системе желудочно-кишечного тракта [22–25]. Потеря в кишечнике интраэпителиальных лимфоцитов и лимфоцитов собственной пластинки может привести к бактериальной транслокации в системный кровоток, предрасполагая к воспалительному ответу и возникновению вторичной инфекции. Сепсисиндуцированный апоптоз проявляется из-за гибели рецепторно- и митохондриально-опосредованных путей, при этом возбуждающие факторы множественной клеточной гибели активируются во время сепсиса. Однако маловероятно, что блокада одного триггера апоптоза предотвратит гибель лимфатической клетки в течение повреждения. Ключевым вопросом современной сепсисологии является следующее: обширный сепсис — индуцированный апоптоз — это сопутствующий синдром или главный патофизиологический механизм? Многие независимые лаборатории благодаря использованию различных стратегий показали, что антиапоптозные цитокины, ингибиторы каспаз и антагонисты рецепторов гибели предотвращают лимфоцитарный апоптоз, что улучшает показатели выживаемости при сепсисе. Отрицательные эффекты апоптоза проявляются не только в существенной потере иммунных клеток, но и во влиянии, которое апоптозная клетка оказывает на выжившие клетки. Поглощение апоптозных клеток моноцитами, макрофагами обеспечивает в результате иммунную толерантность, индуцированную анергией или T-helper-2 (TH-2), клеточно-ассоциированный иммунный фенотип с повышенной выработкой IL-10 [23]. Сепсисиндуцированный апоптоз имеет множество важных эффектов, расстраивающих защиту макроорганизма.

Следовательно, современное понимание иммунного ответа при сепсисе противоречиво: некоторые исследователи предполагают, что сепсисиндуцированная заболеваемость и смертность являются результатом персистирующей иммунной активности с отсутствующим воспалением, другие — результатом иммуносупрессии. Методы идентификации вступления пациента в иммуносупрессивную фазу сепсиса и методы детекции определенных дефектов в иммунитете позволят применять новую иммунотерапию. В частности, рекомбинантный человеческий IL-7, PD1- и PDL1-специфические антитела позволят обнаружить фундаментальные иммунные дефекты, приводя к повышению выживаемости.