Patogeneza gruźlicy

Rozwój zapalenia gruźliczego zależy od reaktywności organizmu i stanu jego obrony, zjadliwości prątków gruźlicy i czasu ich przetrwania w płucach. Działanie różnych czynników procesu zakaźnego może wyjaśnić wielką różnorodność reakcji tkankowych i komórkowych działu oddechowego, gdzie specyficzne zmiany łączą się ze zmianami niespecyficznymi, w taki czy inny sposób wpływając na manifestację i wynik głównego procesu.

Każdy etap to złożony zestaw zmian strukturalnych w różnych układach organizmu i narządach oddechowych, którym towarzyszą głębokie zmiany w procesach metabolicznych, intensywności reakcji metabolicznych działu oddechowego i które odzwierciedlają stan morfofunkcjonalny jego elementów komórkowych i niekomórkowych. Ogromne znaczenie ma badanie najwcześniejszych mechanizmów rozwoju zapalenia gruźliczego, ustalonych w ostatnich latach.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

Zaburzenia mikrokrążenia i stan bariery aerohematycznej

W ciągu 24 godzin po dożylnym podaniu Mycobacterium tuberculosis do płuc myszy zachodzą charakterystyczne zmiany w mikrokrążeniu: obserwuje się rozszerzenie profili sieci naczyń włosowatych, tworzenie osadu erytrocytów z ułożeniem okładzinowym wielojądrowych leukocytów. Analiza mikroskopowa elektronowa śródbłonka naczyń włosowatych płuc ujawnia aktywację powierzchni światła komórek, oznaki rozwoju obrzęku wewnątrzkomórkowego z dezorganizacją pęcherzyków mikropinocytowych i ich fuzją w duże wakuole. Obszary obrzękniętej, oczyszczonej cytoplazmy śródbłonków miejscami tworzą wypukłości w kształcie żagla, różniące się ilością i rozmiarem w różnych mikronaczyniach. W niektórych przypadkach obserwuje się miejscowe złuszczanie ich wypustek cytoplazmatycznych z leżącej pod nimi warstwy podstawnej, rozluźnienie i pogrubienie tej ostatniej.

Niezależnie od sposobu wprowadzenia prątka gruźlicy, we wszystkich eksperymentach modelowych w pierwszych 3-5 dniach obserwuje się wzrost przepuszczalności bariery aerohematycznej, o czym świadczy gromadzenie się płynu w śródmiąższu, rozwój obrzęku wewnątrzkomórkowego nie tylko śródbłonków, ale także pęcherzyków płucnych typu I (A1). Zmiany dotyczą ich procesów cytoplazmatycznych, w których pojawiają się obszary przejrzystej, obrzękłej cytoplazmy, zdolnej do wypukłości do przestrzeni wewnątrzpęcherzykowej.

W miejscach uogólnienia prątków gruźlicy i rozwoju ognisk płucnych, powstawania pierwotnych ziarniniakowych skupisk komórek jednojądrowych i leukocytów polimorfonuklearnych, A1 oznacza się silnie pogrubionymi, miejscami zniszczonymi wypustkami cytoplazmatycznymi, obszarami odsłoniętej błony podstawnej. W wielu pęcherzykach płucnych typu II (A2) występuje obrzęk mikrokosmków wierzchołkowych, nierównomierna ekspansja profili mitochondrialnych i siateczki cytoplazmatycznej. Przewodnieniu nabłonka pęcherzykowego towarzyszy miejscami uwalnianie płynu, białek osocza i elementów komórkowych stanu zapalnego do przestrzeni wewnątrzpęcherzykowej.

Współczesne badania mikrokrążenia wykazały wiodącą rolę układu naczyniowego w rozwoju początkowych faz zapalenia. Stymulowany cytokinami śródbłonek wydziela substancje biologicznie czynne - cząsteczki adhezyjne (selektyny, integryny). różne mediatory (metabolity kwasu arachidonowego) i czynniki wzrostu, rodniki tlenowe, tlenek azotu itp., zapewniające interakcję między śródbłonkiem a leukocytami polimorfonuklearnymi, a także między innymi elementami komórkowymi zapalenia. Ustalono, że L-selektyna pośredniczy w tzw. efekcie „toczenia się neutrofili”, który jest początkowym etapem przylegania tych komórek do śródbłonka. Inny rodzaj selektyny, P-selektyna, po działaniu histaminy lub metabolitów tlenu na komórki śródbłonka, ulega translokacji na ich powierzchnię, ułatwiając przyleganie neutrofili. E-selektyna jest również wykrywana na powierzchni komórek śródbłonka aktywowanych cytokinami; Bierze udział w procesie interakcji pomiędzy śródbłonkiem naczyń włosowatych a limfocytami T.

Cytokiny wydzielane przez komórki jedno- i wielojądrowe powodują strukturalną reorganizację cytoszkieletu komórek śródbłonka, co prowadzi do ich skurczu i zwiększonej przepuszczalności naczyń włosowatych. Z kolei przejście leukocytów polimorfonuklearnych przez ścianę naczyń krwionośnych może wiązać się z jej uszkodzeniem i zwiększoną przepuszczalnością dla białek płynów i osocza, a zmiana składu lub aktywności cząsteczek adhezyjnych prowadzi do zwiększonej migracji monocytów i limfocytów, zapewniając dalszy rozwój reakcji zapalnej. Powstając w narządach oddechowych w odpowiedzi na wprowadzenie Mycobacterium tuberculosis, wpływa na wszystkie struktury odcinka oddechowego.

Podczas powstawania i dojrzewania ziarniniaków gruźliczych, tj. w drugim etapie rozwoju procesu swoistego, nasilają się zaburzenia w budowie przegród międzypęcherzykowych. Obrzęk, proliferacja komórek i fibrylogeneza w śródmiąższu znacząco zmieniają stan morfofunkcjonalny nabłonka oddechowego, zwłaszcza w pobliżu ognisk reakcji zapalnej. Zaburzenia warunków mikrośrodowiska i aktywności życiowej pęcherzyków płucnych negatywnie wpływają na stan funkcjonalny bariery aerohemicznej i wymianę gazową w płucach.

Oprócz już odnotowanych zmian w przegrodach międzypęcherzykowych w strefie obrzęku, uwagę zwracają wyraźne zmiany destrukcyjne w nabłonku pęcherzykowym, które można prześledzić na znacznej jego części. Dotykają one obu typów pęcherzyków płucnych i mają jeden kierunek - obrzękowe pogrubienie organelli wewnątrzkomórkowych, co prowadzi do dysfunkcji, a następnie śmierci komórek. W treści wewnątrzpęcherzykowej można wykryć fragmenty zniszczonych pęcherzyków płucnych, w tym A2. Znajdują się tu również elementy makrofagów, leukocyty polimorfonuklearne, a także znaczna liczba erytrocytów i eozynofilów, odzwierciedlające wysoką przepuszczalność sieci naczyń włosowatych. Pośród zniszczonych komórek określane są nici fibrynowe i ich konglomeraty.

W pęcherzykach płucnych zatrzymujących powietrze można również zaobserwować objawy obrzęku tkanek i struktur komórkowych przegród międzypęcherzykowych. Ponadto na powierzchni nabłonka pęcherzykowego zachodzą procesy tworzenia się pęcherzyków, odzwierciedlające początkowe stadia niszczenia bariery aerohemicznej i „zalewania” pęcherzyków płucnych. W końcowej fazie rozwoju zapalenia gruźliczego obserwuje się postępujący wzrost zmian dystroficznych i destrukcyjnych w składnikach strukturalnych końcowych odcinków płuca, zwłaszcza w obszarach miąższu płucnego graniczących z ogniskami martwiczo-serowatymi lub ogniskami gruźliczego zapalenia płuc. Zaburzenia mikrokrążenia są powszechne.

Transkapilarne przejście białek osocza krwi sprzyja wnikaniu krążących kompleksów immunologicznych (CIC) do śródmiąższu płuc, co sprzyja rozwojowi zarówno immunologicznych, jak i wtórnych reakcji immunopatologicznych. Rola tych ostatnich w patogenezie gruźlicy została udowodniona i jest spowodowana wewnątrzpłucnym odkładaniem CIC, defektem w układzie fagocytów i brakiem równowagi w produkcji cytokin, regulujących interakcje międzykomórkowe.

Powierzchnia powietrznego miąższu płucnego jest zmniejszona do 30% powierzchni przekroju, jego obszary przeplatają się z obszarami wyraźnego obrzęku śródpęcherzykowego, dystelektazy i atelektazy, rozedmowego rozszerzenia pęcherzyków płucnych. Pomimo postępującego charakteru rozwoju nieleczonego zapalenia gruźliczego, w miąższu płucnym wolnym od ognisk zachodzą procesy kompensacyjne i naprawcze. Jak wykazały nasze badania, w strefie okołoogniskowej zapalenia, aktywność funkcjonalna A2 jest skierowana głównie na utrzymanie integralności nabłonka pęcherzykowego, przywracając populację A1, która jest najbardziej wrażliwa na działanie czynników procesu gruźliczego. Fakt udziału A2 w procesach regeneracji jako komórkowego źródła nabłonka oddechowego jest dziś powszechnie uznawany. O znacznym wzroście aktywności proliferacyjnej A2 w tych strefach świadczy wykrycie 6-10 młodych alweolocytów zlokalizowanych w pobliżu - „pączków wzrostu” o jednolitej, dobrze rozwiniętej strukturze jądrowej, znacznej zawartości mitochondriów i polirybosomów w cytoplazmie, niewielkiej liczbie granulek wydzielniczych. Czasami w tych komórkach można zaobserwować figury mitotyczne. Jednocześnie alweolocyty typu pośredniego, odzwierciedlające transformację A2 w A1, są niezwykle rzadkie. Funkcja wymiany gazowej narządu jest utrzymywana dzięki przerostowi pęcherzyków, tworzeniu punktów wzrostu i transformacji A2 w A1 w odległych obszarach miąższu płucnego. Obserwuje się tu również ultrastrukturalne oznaki aktywnej funkcji wydzielniczej A2.

Dane te korelują z wynikami badania mikroskopowego nabłonka pęcherzyków płucnych w materiale chirurgicznym. U pacjentów z gojeniem się ognisk zakażenia gruźliczego tworzą się struktury gruczolakowate przypominające przewody pęcherzykowe. Wyściełające je komórki mają ultrastrukturę A2, zachowując pojedyncze granulki wydzielnicze. Charakterystyczne jest, że nie zachodzi transformacja A2 w A1 (nie wykrywa się pęcherzyków płucnych typu pośredniego), co nie pozwala na zaklasyfikowanie tych struktur jako nowo powstałych pęcherzyków, jak zauważają niektórzy autorzy.

Procesy odbudowy nabłonka oddechowego, powstawanie przejściowych alweolocytów obserwuje się tylko w bardziej odległym miąższu płucnym, gdzie określa się guzkowe narośla alweolocytów odpowiadające „pączkom wzrostu”. Główna funkcja wymiany gazowej płuc jest tu również realizowana, komórki bariery aerohemicznej mają dobrze rozwiniętą ultrastrukturę z dużą liczbą mikropinocytowych pęcherzyków.

Badanie różnych modeli zapalenia gruźliczego wykazało, że rozwój specyficznego stanu zapalnego w płucach wiąże się nie tylko z pewnymi zmianami destrukcyjnymi w odcinku oddechowym bezpośrednio w ogniskach zakażenia, ale dotyczy całego miąższu płucnego, gdzie obserwuje się objawy upośledzenia mikrokrążenia. zwiększona przepuszczalność naczyń przegród międzypęcherzykowych. Wraz z postępem procesu zapalnego nasilają się zjawiska obrzęku, co wpływa na stan pęcherzyków płucnych, zwłaszcza A1. Światła wielu pęcherzyków są częściowo lub całkowicie wypełnione płynem i elementami komórkowymi stanu zapalnego. Niedotlenienie i zmiany włókniste w przegrodach międzypęcherzykowych wpływają na funkcję wymiany gazowej bariery aerohemicznej, prowadzą do rozwoju niewydolności oddechowej i śmierci zwierząt doświadczalnych.

[ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ]

Rola makrofagów płucnych

Makrofagi płucne są składnikiem układu fagocytów jednojądrowych, który jest wspólny dla całego organizmu i pochodzi z pluripotentnych komórek macierzystych szpiku kostnego. Podczas podziału komórek macierzystych powstają prekursory monocytów - monoblasty i promonocyty. Monocyty krążą we krwi i częściowo wnikają do tkanki śródmiąższowej płuc, gdzie mogą pozostać nieaktywne przez pewien czas. W obecności induktorów różnicowania ulegają aktywacji, przemieszczają się na powierzchnię nabłonka oddechowego i oskrzelowego, gdzie przechodzą kilka etapów dojrzewania, przekształcając się odpowiednio w makrofagi pęcherzykowe i oskrzelowe. Główna funkcja tych komórek - absorpcyjna - wiąże się z ich zdolnością do fagocytozy obcego materiału. Będąc jednym z czynników naturalnej odporności organizmu, chronią te rejony płuc, które jako pierwsze stykają się z drobnoustrojami i czynnikami abiogennymi, tj. utrzymują sterylność nabłonka wyściółki płuc na całej jej długości. Większość obcego materiału, a także fragmenty zniszczonych elementów komórkowych, ulegają niemal całkowitemu strawieniu po sprzężeniu wakuoli fagosomalnej makrofaga (nekrofaga, hemosyderofaga) z lizosomami zawierającymi enzymy proteolityczne. Makrofagi płucne charakteryzują się wysoką zawartością kwaśnej fosfatazy, niespecyficznej esterazy, katepsyn, fosfolipazy A2 i enzymów cyklu Krebsa, zwłaszcza dehydrogenazy bursztynianowej. Jednocześnie wiadomo, że patogeny szeregu chorób zakaźnych, a przede wszystkim M. tuberculosis, mogą przetrwać przez długi czas w cytoplazmie makrofagów pęcherzykowych, ponieważ mają one wysoce odporne ściany komórkowe, które opierają się działaniu enzymów lizosomalnych. W eksperymentach modelowych na nieleczonych zwierzętach, pomimo wyraźnej aktywacji kwaśnej fosfatazy i innych hydrolaz, w cytoplazmie makrofagów pęcherzykowych można zaobserwować pewną aktywność proliferacyjną Mycobacterium tuberculosis i tworzenie przez patogen małych skupisk przypominających kolonie.

Niska aktywność mikrobiobójcza makrofagów płucnych wiąże się ze specyficznymi dla danego narządu cechami fagocytów, gdyż funkcjonują one w środowisku o wysokiej zawartości tlenu. Procesy energetyczne w ich cytoplazmie są wspomagane głównie przez fosforylację oksydacyjną lipoprotein, z katabolizmem której wiąże się jedna z głównych funkcji tych komórek, będących częścią układu surfaktantu płucnego. Ekstrakcja energii, lokalizacja procesów oksydacyjnych wpływa na układ mitochondrialny, którego rozwój koreluje ze stanem funkcjonalnym fagocytu. Zlokalizowana jest tu również dysmutaza ponadtlenkowa - enzym ochrony antyoksydacyjnej, który katalizuje dysmutację tlenu singletowego powstającego podczas przechodzenia elektronów wzdłuż łańcucha oddechowego. To zasadniczo odróżnia makrofagi płucne od leukocytów polimorfonuklearnych, które pobierają tlen i bioenergię głównie dzięki glikolizie. W drugim przypadku rozszczepienie substratu następuje bezpośrednio w cytozolu, a aktywowany tlen i nadtlenek wodoru powstające przy udziale mieloperoksydazy stanowią główny potencjał bakteriobójczy działania na bakterie.

Niską biobójczość makrofagów płucnych można uznać za pewnego rodzaju cenę za przystosowanie się do tlenowych warunków funkcjonowania. Podobno zwalczają one prątki gruźlicy wspólnie z leukocytami polimorfonuklearnymi i wysiękowymi monocytami (nazywane są również makrofagami zapalnymi). Patogenetycznie istotne jest to, że nie wszystkie makrofagi płucne, które wychwyciły prątki gruźlicy, są usuwane z płuc wraz z dryfem surfaktantu i wydzieliny oskrzelowej - część z nich rozwija się w śródmiąższu, co jest czynnikiem wyzwalającym powstawanie charakterystycznych skupisk komórek - ziarniniaków.

Dostając się do bogatego w naczynia krwionośne śródmiąższu, makrofagi płucne z niepełną fagocytozą zaczynają produkować cytokiny zapalne, aktywując przyległy śródbłonek. Na błonach tego ostatniego wzrasta ekspresja immunoglobulin, za pomocą których przeprowadza się selektywną adhezję monocytów. Opuszczając łożysko naczyniowe, komórki te przekształcają się w makrofagi wysiękowe, produkujące mediatory zapalne, przyciągające do ogniska nie tylko mono-, ale i polinukleary.

Jednocześnie sygnał do rozwoju reakcji ziarniniakowej pochodzi od uczulonych limfocytów T – efektorów nadwrażliwości typu opóźnionego. Spośród limfokin, które te komórki zaczynają produkować, duże znaczenie dla ziarniniakowatości mają czynnik hamujący migrację monocytów oraz IL-2. Przyspieszają one napływ i utrwalają monocyty w miejscu zakażenia, regulują ich transformację w makrofagi fagocytarne, wydzielające i prezentujące antygen.

Należy podkreślić, że będąc mechanizmem komórkowej ochrony narządów oddechowych przed wnikaniem patogenu, reakcja ziarniniakowa płuc w zapaleniu gruźliczym ostatecznie odzwierciedla niezdolność fagocytów jednojądrowych do walki z prątkami gruźlicy. Dlatego makrofagi są zmuszone do ciągłej proliferacji (zwiększania liczby populacji) i różnicowania się w większe fagocyty (zwiększania jakości proteolizy). które są olbrzymimi komórkami typu ciała obcego. W fagosomach tych ostatnich, pod mikroskopem elektronowym, można zobaczyć nie tylko prątki gruźlicy, ale także duże komórki apoptotyczne, fragmenty zniszczonych leukocytów polimorfonuklearnych. Jednocześnie ultrastrukturalne oznaki aktywności proteolitycznej (stopień rozwoju aparatu lizosomalnego) w takich fagocytach na jednostkę powierzchni cytoplazmy nie różnią się znacząco od jednojądrowych. W związku z tym makrofagi płucne stale przyciągają do zmiany leukocyty polimorfonuklearne, które mają większe właściwości biobójcze. Aktywacja tych ostatnich wiąże się z uwolnieniem znacznej ilości hydrolaz i utleniaczy do środowiska pozakomórkowego, co prowadzi do rozpadu tkanek i tworzenia mas serowatych w centrum zmiany.

Najbardziej wyraźne zaburzenia metaboliczne obserwuje się u chorych na ostre, postępujące postacie gruźlicy płuc, występujące z przewagą wysiękowej i zmiennego odczynu zapalnego, a przebieg postępujących postaci gruźlicy płuc charakteryzuje się z reguły wyraźną immunodepresją komórek T. Zahamowanie odporności komórek T, wyraźna limfopenia prowadzą do zaburzenia oddziaływań międzykomórkowych, zahamowania reakcji ziarniniakowej.

Niedobór aktywowanych monocytów i limfocytów, w połączeniu z ich morfofunkcjonalną niewydolnością, może być konsekwencją zwiększonej apoptozy. Nierównowaga cytokin, która występuje w takich przypadkach, może służyć jako marker defektu w układzie odpornościowym. Proces apoptozy ma charakterystyczne cechy morfologiczne: kondensację chromatyny na błonie jądrowej, rozpad jąderka, tworzenie fragmentów komórkowych (ciałek apoptotycznych) i ich fagocytozę przez makrofagi.

Specyfika funkcjonowania makrofagów płucnych wiąże się z ich zdolnością nie tylko do fagocytozy, ale także do produkcji dużej liczby cytokin niezbędnych do aktywacji i regulacji wielu reakcji i procesów pozakomórkowych zachodzących w ognisku zapalenia gruźliczego. Za ich pomocą odbywa się samoregulacja odnowy i różnicowania komórek jednojądrowych, budowane są interakcje międzykomórkowe w warunkach określonego procesu i regeneracji.

Uniwersalnym mediatorem oddziaływań międzykomórkowych jest IL-1, której celem są limfocyty, leukocyty polimorfonuklearne, fibroblasty, śródbłonki i inne elementy komórkowe. Jednocześnie funkcja wydzielnicza makrofagów płucnych opiera się na zasadach samoregulacji, gdy ta sama komórka wydziela nie tylko regulatory procesów pozakomórkowych, ale także inhibitory blokujące ich działanie. Makrofagi wydzielnicze różnią się znacząco od fagocytowych w swojej organizacji ultrastrukturalnej. Rzadko zawierają wakuole fagosomalne i wtórne lizosomy, ale mają rozwinięty aparat pęcherzykowy i inne ultrastrukturalne oznaki wydzielania. Są one szczególnie dobrze wyrażone w komórkach nabłonkowych, które są hiperaktywnymi makrofagami wydzielniczymi.

Pewne stadia różnicowania makrofagów płucnych można wyraźnie prześledzić pod mikroskopem świetlnym, a zwłaszcza elektronowym w materiale z płukania oskrzelowo-pęcherzykowego. W zależności od organizacji strukturalnej jądra i cytoplazmy, określa się wśród nich młode nieaktywowane i biosyntetyczne mononukleary, a także dojrzałe fagocytarne i wydzielające makrofagi. Młode nieaktywowane komórki (o średnicy 15-18 μm) stanowią zwykle około 1/5 wszystkich elementów makrofagów. Mają okrągłe jądro o gładkich konturach: cytoplazma jest słabo zasadochłonna, nie zawiera żadnych inkluzji. Pod mikroskopem elektronowym w tych komórkach widoczne są rzadkie profile siateczki cytoplazmatycznej i mitochondriów, kilka małych granulek przypominających lizosomy i wolne rybosomy.

Aktywowane, biosyntetyczne makrofagi są większe (średnica 18-25 μm), jądro wyróżnia się falistymi konturami i wyraźnym jąderkiem. Mają zasadochłonną cytoplazmę, która zawiera rozwinięte długie kanały ziarnistej sieci cytoplazmatycznej i liczne polisomy. Elementy kompleksu lamelarnego wykrywane są jednocześnie w dwóch lub trzech strefach, w których gromadzą się lizosomy pierwotne. Lizosomy wtórne reprezentowane są przez pojedyncze inkluzje; fagosomy wykrywane są rzadko, co odzwierciedla gotowość komórki do funkcji fagocytarnej.

Średnica dojrzałych makrofagów płucnych jest bardzo zróżnicowana (30-55 μm), w zależności od aktywności i orientacji funkcjonalnej komórek. Największe rozmiary są charakterystyczne dla makrofagów o strukturalnych cechach wyraźnej fagocytozy. Powierzchnia takich komórek tworzy liczne mikronarośla i długie pseudopodia. Owalne lub okrągłe jądro jest często położone acentrycznie, ma faliste kontury. Znaczna ilość skondensowanej chromatyny znajduje się w pobliżu błony jądrowej, jąderko jest małe (1-1,2 μm). W cytoplazmie określone są inkluzje, krótkie kanały ziarnistego retikulum cytoplazmatycznego, cysterny i wakuole kompleksu blaszkowego oraz wolne rybosomy. Komórki zawierają znaczną liczbę mitochondriów, lizosomów pierwotnych (0,5-1 μm) i wtórnych (1,2-2 μm), a także wakuole fagosomalne, które różnią się wielkością i liczbą. Te ostatnie zawierają fragmenty zniszczonych elementów komórkowych i prątków gruźlicy („nekrofagi”, „hemosyderofagi”), blaszkowe inkluzje o charakterze fosfolipidowym („fosfolipofagi”) i/lub granulki tłuszczu obojętnego („lipofagi”), cząsteczki pyłu, żywicy tytoniowej, kaolinu („koniofagi”, „makrofagi palacza”).

W obecności stałego obiektu fagocytozy pojawiają się wielojądrowe makrofagi (o średnicy ponad 70 μm) z pięcioma lub więcej jądrami. Typowe komórki ciała obcego - końcowy etap różnicowania makrofaga o funkcji fagocytującej - są określane w ziarniniakach i tkance ziarninowej ognisk gruźliczych. Makrofagi płucne o wyraźnej aktywności wydzielniczej (o średnicy 25-40 μm) zwykle nie mają typowych pseudopodiów. Charakter powierzchni można porównać do cienkiego wgłębienia koronki utworzonego przez liczne, stosunkowo krótkie mikrowyrostki. Okrągłe lub owalne jądro zawiera niewielką ilość skondensowanej chromatyny, wyraźne duże jąderko (1,5-2 μm). Przezroczysta cytoplazma praktycznie nie zawiera dużych inkluzji. Krótkie kanały ziarnistej sieci cytoplazmatycznej są reprezentowane przez pojedyncze profile, natomiast dobrze rozwinięte elementy kompleksu blaszkowego to liczne wakuole i pęcherzyki z zawartością przezroczystą dla elektronów lub osmofilową. Te same struktury są wykrywane w ektoplazmie, gdzie łączą się bezpośrednio z plazmalemmą. Nawet u długoletnich palaczy, u których wszystkie komórki fagocytarne zawierają charakterystyczne inkluzje smoły tytoniowej, wydzielające makrofagi mają niewielką liczbę wtórnych lizosomów i pojedyncze formacje fagosomopodobne, tj. praktycznie nie wchłaniają obcego materiału. Makrofagi z ultrastrukturalnymi objawami aktywności wydzielniczej w normalnych warunkach stanowią nie więcej niż 4-8% popłuczyn oskrzelowo-pęcherzykowych. Ponieważ funkcja tych komórek jest związana z metabolizmem, syntezą i uwalnianiem wielu biologicznie czynnych substancji do środowiska zewnątrzkomórkowego, wszelkie zaburzenia mechanizmów swoistej i nieswoistej ochrony prowadzą do wzrostu ich liczby, powstawania makrofagów o zwiększonym potencjale wydzielniczym - komórek nabłonkowych. Tworzą symplasty lub w wyniku niepełnego podziału mitotycznego przekształcają się w charakterystyczne wielojądrowe komórki Pirogowa-Langhansa – końcowe zróżnicowanie makrofagów wykazujących aktywność wydzielniczą.

W zależności od odporności organizmu, charakteru działania i warunków mikrośrodowiska, procesy transformacji narastania aktywności fagocytarnej, wydzielniczej lub prezentującej antygen mają swoje własne cechy. Wykazano, że obliczenie względnego procentu typów morfofunkcjonalnych makrofagów w płukaniu oskrzelowo-pęcherzykowym (określenie wzoru makrofagów) pomaga w różnicowaniu rozpoznania gruźlicy i innych ziarniniaków płucnych oraz pozwala ocenić skuteczność leczenia etiotropowego.

Stosunek liczby aktywnie fagocytujących i syntetyzujących makrofagów płucnych nie tylko odzwierciedla charakter reakcji tkankowej w obszarze zapalenia gruźliczego, ale może służyć jako wskaźnik aktywności procesu patologicznego. Problem ukończenia fagocytozy w gruźlicy również pozostaje aktualny. Wyniki naszych badań materiału eksperymentalnego i klinicznego pokazują, że wynik interakcji między fagocytozą a patogenem zależy od stanu funkcjonalnego makrofaga i właściwości biologicznych mikroorganizmu.

Status układu surfaktantowego

Osiągnięcia kierunku eksperymentalnego i teoretycznego w badaniu surfaktantów płucnych pozwoliły na sformułowanie współczesnej koncepcji surfaktantu jako wieloskładnikowego układu elementów komórkowych i pozakomórkowych, którego jedność strukturalna i funkcjonalna zapewnia prawidłową biomechanikę oddychania.

Do tej pory zgromadzono pewną ilość materiału faktograficznego, który świadczy nie tylko o znacznych zdolnościach adaptacyjnych układu surfaktantowego w warunkach głębokiej restrukturyzacji wentylacji płucnej i hemodynamiki, ale także o wyraźnej wrażliwości jego składników na wiele niekorzystnych czynników procesu gruźliczego, którego specyficzny charakter jest determinowany przez czas trwania przetrwania patogenu, falowy przebieg procesu i głębokie zaburzenia łożyska mikrokrążenia. Zmiany obserwowane w tym przypadku dotyczą nie tylko stref powstawania ognisk zakażenia, ale także odległych, aktywnie funkcjonujących obszarów miąższu płucnego. W związku z tym niezwykle ważna jest ocena przydatności morfo-funkcjonalnej różnych składników układu surfaktantowego, aby wyróżnić te zmiany, które można wykorzystać do diagnozy zależnych od surfaktantu zaburzeń funkcji oddechowej i ich terminowej korekty.

Najwcześniejsze oznaki zniszczenia surfaktantu płucnego można zaobserwować w eksperymentach modelowych z wykorzystaniem specjalnych metod utrwalania płuc. Na początkowym etapie rozwoju zapalenia gruźliczego mają one charakter lokalny i są wyrażane głównie w strefach obrzęku wewnątrzpęcherzykowego. Pod mikroskopem elektronowym można zaobserwować różne stadia złuszczania i niszczenia zewnętrznej warstwy - błony surfaktantu przez obrzękły płyn. Zmiany te w pełni ujawniają się w ogniskach zapalenia gruźliczego, gdzie materiał zniszczonego surfaktantu jest wszędzie określany w składzie zawartości wewnątrzpęcherzykowej.

Odnotowane zmiany w wyściółce zewnątrzkomórkowej pęcherzyków płucnych występują w ogniskach różnych bakteryjnych zapaleń płuc. W tym przypadku część A2, głównie w pęcherzykach okołoogniskowych, prowadzi kompensacyjną produkcję surfaktantów. Inny obraz obserwuje się w narządach oddechowych podczas rozwoju zapalenia gruźliczego, ponieważ patogen ma niekorzystny wpływ na procesy wewnątrzkomórkowej syntezy surfaktantów. Bezpośrednie wprowadzenie prątków gruźlicy do płuc psów (nakłucie klatki piersiowej) wykazało, że dezorganizacja profili siateczki cytoplazmatycznej i mitochondriów jest obserwowana w A2 już w pierwszych 15-30 minutach; po kilku godzinach alweolocyty są całkowicie niszczone w miejscu zakażenia. Szybki rozwój niedoboru surfaktantu prowadzi do zapadnięcia się pęcherzyków płucnych i szybkiego rozprzestrzeniania się procesu zapalnego do otaczającego miąższu. W pęcherzykach płucnych sąsiadujących z ogniskami przeważają małe młode A2 z pojedynczymi małymi granulkami wydzielniczymi lub duże komórki z objawami wakuolizacji struktur wewnątrzkomórkowych, czasami z całkowicie zniszczoną cytoplazmą. W tych pęcherzykach płucnych, w których występują rozwinięte elementy sieci cytoplazmatycznej i kompleksu blaszkowego, wykrywa się olbrzymie osmofilowe ciałka blaszkowe (GLB), co wskazuje na opóźnienie (zahamowanie) uwalniania wewnątrzkomórkowego surfaktantu na powierzchnię pęcherzyków płucnych.

Modelowanie matematyczne funkcji wydzielniczej A2 w miąższu płucnym bez ognisk przy zwiększonym obciążeniu czynnościowym wykazało, że pomimo wzrostu objętości i gęstości liczbowej dojrzałych granulek wydzielniczych, potencjał rezerwowy populacji nie zmienił się znacząco. Stwierdzono, że w warunkach zwiększonej przepuszczalności naczyń, rozwoju niedotlenienia i zmian włóknistych w przegrodach międzypęcherzykowych równowaga procesów powstawania i dojrzewania OPT zostaje zaburzona w kierunku przewagi tych ostatnich. Przyspieszone dojrzewanie OPT często prowadzi do zwiększenia ilości substancji elektronoprzezroczystej macierzy w składzie granulek wydzielniczych, podczas gdy zawartość osmofilowego materiału powierzchniowo czynnego w nich może być nieznaczna; materiał lamelarny substancji powierzchniowo czynnych jest luźno upakowany, zajmując tylko 1/3-1/5 objętości granulki wydzielniczej. Pojawienie się znacznej liczby A2 z wakuolizowanym OPT można wyjaśnić zakłóceniem początkowych stadiów powstawania wydzielin. W takich komórkach występują zwykle ultrastrukturalne objawy zniszczenia (przejaśnienie macierzy cytoplazmatycznej, obrzęk mitochondriów, kanalików siateczki cytoplazmatycznej i kompleksu blaszkowatego), co świadczy o spadku procesów wytwarzania wewnątrzkomórkowego surfaktantu.

Charakterystyczne jest, że spadkowi syntezy fosfolipidów powierzchniowo czynnych towarzyszy pojawienie się neutralnych granulek lipidowych w cytoplazmie A2. Adekwatnym odzwierciedleniem zaburzeń metabolizmu lipidów w płucach dotkniętych gruźlicą zwierząt doświadczalnych i ludzi jest gromadzenie się makrofagów-lipofagów (komórek piankowatych) o różnym stopniu dojrzałości w pęcherzykach płucnych i materiale popłuczyn oskrzelowo-pęcherzykowych. Jednocześnie w płynie popłucznym obserwuje się pewny wzrost zawartości lipidów neutralnych i spadek udziału całkowitych fosfolipidów.

Jednym z wczesnych objawów zniszczenia surfaktantu w doświadczeniu i obrazie klinicznym gruźlicy narządów oddechowych jest utrata zdolności jego błon do tworzenia struktur materiału zapasowego. Zamiast tego na powierzchni pęcherzyków płucnych, w fagosomach makrofagów pęcherzykowych i bezpośrednio w materiale popłuczyn oskrzelowo-pęcherzykowych można zobaczyć błony skręcone w kule („olbrzymie warstwowe kule”) bez charakterystycznej trójwymiarowej organizacji. Głębokość destrukcyjnych zmian w układzie surfaktantu potwierdza również częstość wykrywania wydalanego A2 w wypłukaniu. Dane te korelują z wynikami badań biochemicznych i fizykochemicznych surfaktantów płucnych.

Biorąc pod uwagę wszystkie zidentyfikowane cechy, obecnie wyróżnia się trzy stopnie jego zaburzeń, aby scharakteryzować stan układu surfaktantowego: niewielki, ciężki, rozsiany. Ten ostatni odzwierciedla zwiększone ryzyko rozwoju niewydolności oddechowej zależnej od surfaktantu u pacjentów z rozsianymi destrukcyjnymi postaciami choroby.

Wyniki badań wskazują, że podłożem zaburzeń, do których dochodzi w układzie surfaktantowym płuc w przebiegu gruźlicy, są procesy związane ze wzrostem przepuszczalności bariery powietrze-krew:

• uszkodzenie surfaktantu na powierzchni pęcherzyków płucnych;
• zmiany metaboliczne i uszkodzenie A2;
• zakłócenie mechanizmów usuwania odpadowych środków powierzchniowo czynnych z pęcherzyków płucnych.

Jednocześnie badania wykazały, że głównym mechanizmem cytologicznym wspierającym potencjał czynnościowy układu surfaktantowego w płucach zmienionych przez zapalenie gruźlicze jest zwiększenie liczby przerośniętych A2, głównie w miąższu płucnym oddalonym od konkretnego ogniska.

[ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ]

Genetyczne aspekty podatności na gruźlicę

Zanim rozpoczniemy analizę aktualnego stanu badań w dziedzinie mechanizmów odporności przeciwgruźliczej i immunogenetyki gruźlicy, uważamy za konieczne omówienie kilku ogólnych stanowisk.

• Po pierwsze, wiadomo, że prątki mnożą się i są niszczone głównie w makrofagach. Bardzo niewiele danych (i są one sprzeczne) wskazuje, że istnieją czynniki, które mogą zniszczyć prątki poza komórką.
• Po drugie, nie ma przekonujących dowodów na to, że układ fagocytów neutrofilowych odgrywa znaczącą rolę w obronie przed zakażeniem gruźlicą.
• Po trzecie, nie ma przekonujących dowodów na to, że przeciwciała przeciwgruźlicze mogą niszczyć prątki gruźlicy poza komórką lub sprzyjać ich wewnątrzkomórkowemu niszczeniu w makrofagach lub innych typach komórek.
• Po czwarte, istnieje wiele faktów wspierających stanowisko, że centralnym ogniwem odporności przeciwgruźliczej są limfocyty T i że wywierają one swój wpływ regulacyjny za pośrednictwem układu fagocytów.
• Po piąte, istnieje szereg dowodów na to, że czynniki dziedziczne odgrywają znaczącą rolę w zakażeniu gruźlicą.

Dane wskazujące na ważną rolę czynników genetycznych w podatności na gruźlicę u ludzi są dość przekonujące. Przede wszystkim wskazuje na to fakt, że przy niezwykle wysokim wskaźniku zakażeń prątkiem gruźlicy (około jednej trzeciej dorosłej populacji planety) choroba rozwija się tylko u niewielkiej części ludzi. Wskazują na to również różne poziomy podatności na zakażenie w różnych grupach etnicznych oraz charakter dziedziczenia podatności i odporności na gruźlicę w rodzinach z wieloma przypadkami choroby. Wreszcie dowodem na to stanowisko jest znacznie zwiększona zgodność występowania klinicznie wyrażonej gruźlicy u bliźniąt jednojajowych (identycznych) w porównaniu z bliźniętami dwujajowymi.

Tradycyjne testy genetyczne na gruźlicę

Rola głównego układu zgodności tkankowej i NRAMP*

Identyfikacja genów i ich alleli, których ekspresja determinuje wrażliwość lub odporność na gruźlicę, pozwoliłaby nie tylko na głęboki wgląd w podstawowe mechanizmy odporności i rozwoju procesu patologicznego w gruźlicy, ale także przybliżyłaby do rzeczywistości wykorzystanie metod typowania genetycznego w celu identyfikacji wśród zdrowych ludzi osób o genetycznie zwiększonym ryzyku zachorowania na gruźlicę, wymagających priorytetowych działań profilaktycznych, w szczególności specjalnego podejścia do szczepień.

* - Naturalne białko makrofagów związane z opornością - białko makrofagów związane z naturalną opornością.

Istnieje znaczna liczba badań eksperymentalnych, które pokazują rolę szeregu układów genetycznych i pojedynczych genów (H2, BCG1, Tbc1, xid itp.) w oporności (wrażliwości) na gruźlicę u myszy. U ludzi do najbardziej zbadanych genów należą geny głównego kompleksu zgodności tkankowej (MHC) klasy II, wśród których kompleks alleli rodziny HLA-DR2 (ludzki) wykazuje dość wysoki stopień związku ze zwiększoną zachorowalnością w kilku etnicznie odległych populacjach, a allele locus HLA-DQ wpływają na obraz kliniczny gruźlicy. Ostatnio osiągnięto pierwsze sukcesy w analizie związku genu NRAMP1 z gruźlicą u ludzi. Dane te są szczególnie godne uwagi, ponieważ gen ten wykazuje wysoki stopień homologii z genem NRAMP1 (dawniej nazywanym BCG 1, gdyż kontroluje podatność na M. bovisBCG), który jest selektywnie ekspresjonowany w makrofagach myszy i który niewątpliwie wpływa na podatność na patogeny wewnątrzkomórkowe (w tym prątki gruźlicy).

Mutacje powodujące utratę funkcji

Zidentyfikowano kilka genów, których zmiany, prowadzące do całkowitej utraty zdolności kodowania funkcjonalnie aktywnego produktu (wybicie genu), szczególnie wpłynęły na zdolność myszy do rozwinięcia ochronnej odpowiedzi immunologicznej na zakażenie prątkami gruźlicy. Są to geny kodujące IFN-γ, IL-12, TNFα, a także receptory komórek układu odpornościowego na wymienione cytokiny. Z drugiej strony, przy wybiciu genów kodujących IL-4 i IL-10, przebieg zakażenia gruźlicą praktycznie nie różnił się od przebiegu u myszy dzikiego typu (początkowego). Dane te potwierdziły na poziomie genetycznym podstawową rolę ochronną w gruźlicy zdolności układu odpornościowego (głównie limfocytów T1) do reagowania na zakażenie poprzez produkcję cytokin typu 1, ale nie typu 2.

Wykazano przydatność tych danych do zakażeń mykobakteryjnych u ludzi. W bardzo rzadkich rodzinach, w których dzieci od najmłodszych lat cierpiały na nawracające zakażenia mykobakteryjne i salmonellozę, niezwykle wysoka podatność jest spowodowana homozygotycznymi niekonserwatywnymi mutacjami w genach kodujących receptory komórkowe dla IFN-γ i IL-12, odziedziczonymi po rodzicach heterozygotycznych pod względem tych mutacji; zgodnie z oczekiwaniami, przy takim dziedziczeniu rzadkich mutacji małżeństwa okazały się blisko spokrewnione. Jednak takie rażące naruszenia prowadzą do tak wysokiej podatności na zakażenia, że praktycznie nie pozwalają dziecku przeżyć dłużej niż kilka lat, i to tylko w warunkach prawie sterylnych.

Te same rozważania dają początek nieco sceptycznej ocenie podejścia do modelowania zakażeń u zwierząt z mutacjami typu knockout w genach odgrywających główną rolę w ochronie przed tymi zakażeniami. Takie mutacje prowadzą do ekspresji fenotypów, które nie mają szans na przeżycie w normalnych warunkach i zostałyby szybko wyeliminowane przez selekcję. Tak więc myszy, które nie wyrażają produktów MHC klasy II i w rezultacie nie mają normalnej puli limfocytów CD4, umierają z powodu rozsianego zakażenia w krótkim czasie po zakażeniu prątkiem gruźlicy. Bardzo podobny przebieg gruźlicy u ludzi obserwuje się ze znacznym spadkiem liczby komórek CD4 w późnych stadiach AIDS. Rozwiązując kwestie genetycznego określania grup ryzyka i ogólnie rzecz biorąc, w celu zrozumienia genetycznych przyczyn zwiększonej podatności w normalnym rozkładzie populacji, badacz zajmuje się osobnikami, które są, choć nie optymalne (zgodnie z tą cechą), ale całkiem żywotne. Ten aspekt problemu przemawia za wykorzystaniem bardziej tradycyjnych modeli eksperymentalnych do analizy genetycznej, np. różnic interliniowych w przebiegu gruźlicy u myszy.

Badanie genomu i dotychczas nieznane geny podatności na gruźlicę

Już w latach 50. i 60. wykazano, że dziedziczenie cech podatności i odporności na gruźlicę u zwierząt laboratoryjnych jest złożone i poligeniczne. W tej sytuacji, po pierwsze, konieczne jest wyselekcjonowanie wyraźnie wyrażonych, „skrajnie różnych” fenotypów między podatnymi i odpornymi zwierzętami lub osobnikami, tj. cech choroby, a następnie zbadanie natury ich dziedziczenia. Po drugie, konieczne jest wzięcie pod uwagę, że a priori nie mamy pojęcia, ile genów bierze udział w kontroli choroby i jak są one zlokalizowane w genomie. Dlatego konieczne jest albo wcześniejsze zmniejszenie różnorodności genetycznej w badanej populacji, segregując według badanej cechy, stosując techniki genetyczne (co jest możliwe tylko w eksperymentach na zwierzętach), albo przeszukanie całego genomu za pomocą statystycznych metod genetyki ilościowej, a nie genetyki mendlowskiej, albo połączenie tych technik. Dzięki opracowaniu metod skanowania genomu z wykorzystaniem reakcji PCR w celu wykrycia mikrosatelitarnych regionów DNA oraz statystycznej obróbce i interpretacji wyników, analiza genetyczna podatności na gruźlicę weszła na nowy poziom.

Podejścia wymienione powyżej zostały ostatnio z powodzeniem zastosowane w eksperymentach genetycznych na myszach liniowych przez dwie grupy badaczy. Grupa autorów z Centralnego Instytutu Badawczego Gruźlicy, Rosyjskiej Akademii Nauk Medycznych, wraz z kolegami z Centrum Badań nad Odpornością Gospodarza na Uniwersytecie McGill (Montreal, Kanada) i Królewskiego Instytutu Sztokholmskiego jako pierwsi przeprowadzili badanie genomiczne w celu określenia dziedziczenia ciężkości choroby spowodowanej dożylnym podaniem dużej dawki szczepu M. tuberculosis H37Rv u myszy. Linie A/Sn (odporna) i I/St (wrażliwa) zostały użyte jako linie rodzicielskie o przeciwnej podatności na gruźlicę. Niezawodne powiązanie podatności u samic stwierdzono z co najmniej trzema różnymi loci zlokalizowanymi na chromosomach 3, 9 i 17. Niedawno powiązanie z loci w części proksymalnej chromosomu 9 i części centralnej chromosomu 17 wykazano również u samców. Najsilniejsze powiązanie z podatnością stwierdzono dla locus na chromosomie 9. Inna grupa badaczy w Stanach Zjednoczonych przeszukała genom myszy, aby określić wzór dziedziczenia cechy podatności w szczepie M. tuberculosa Erdman. W połączeniu linii myszy C57BL/6J (opornej w ich modelu) i C3HeB/FeJ (wrażliwej) locus w centralnej części chromosomu 1 kontrolujący ciężkość choroby został zmapowany w analizie mieszańców F2, a następnie potomstwa BC1. Po wstępnym mapowaniu uzyskano dokładniejszą lokalizację locus za pomocą analizy rekombinacji, a jego wpływ na tak ważną cechę fenotypową, jak ciężkość ziarniniakowego uszkodzenia tkanki płucnej, ustalono u myszy krzyżowanych wstecznie (pokolenie BC3), tj. po tym, jak różnorodność genetyczna wśród badanych zwierząt została znacząco zmniejszona za pomocą technik genetycznych. Ważne jest, aby zauważyć, że zmapowany locus. oznaczona jako sst1 (podatność na gruźlicę 1), chociaż zlokalizowana na chromosomie 1, wyraźnie nie jest identyczna z locus NRAMP1. Świadczy o tym zarówno jej lokalizacja na chromosomie, jak i fakt, że myszy C57BL/6 noszą allel wrażliwości na BCG dla genu NRAMP1, ale allel oporności na M tuberculosis dla locus sst1.

Dane opublikowane w ostatnich latach na temat obecności w genomie myszy loci, które fundamentalnie wpływają na charakter procesu gruźlicy, pozwalają mieć nadzieję na znaczący postęp w tej dziedzinie i w analizie podatności genetycznej u ludzi. Fantastycznie szybki postęp w analizie genomicznej najprawdopodobniej umożliwi bardzo szybkie przejście od genetyki gruźlicy myszy do genetyki gruźlicy ludzkiej, ponieważ kompletna sekwencja genomu zarówno człowieka, jak i myszy została praktycznie rozszyfrowana.

Interakcja makrofagów z mykobakteriami

Makrofagi odgrywają niezwykle ważną rolę w obronie przed zakażeniem prątkiem gruźlicy zarówno na etapie rozpoznawania antygenu, jak i eliminacji prątków gruźlicy.

Po przedostaniu się mykobakterii do płuc sytuacja może rozwijać się według czterech głównych schematów:

• pierwotna odpowiedź gospodarza może wystarczyć, aby całkowicie wyeliminować wszystkie prątki gruźlicy, eliminując w ten sposób możliwość wystąpienia gruźlicy;
• W przypadku szybkiego wzrostu i rozmnażania się mikroorganizmów rozwija się choroba zwana gruźlicą pierwotną;
• w zakażeniu utajonym choroba nie rozwija się, lecz prątki gruźlicy utrzymują się w organizmie w tzw. stanie uśpienia, a ich obecność ujawnia się jedynie w postaci dodatniego odczynu skórnego na tuberkulinę;
• W niektórych przypadkach prątki gruźlicy potrafią przejść ze stanu uśpienia do fazy wzrostu, a utajone zakażenie zostaje zastąpione reaktywacją gruźlicy.

Pierwszą linią obrony przed zakażeniem, po dotarciu mykobakterii do dolnych dróg oddechowych, są makrofagi pęcherzykowe. Komórki te są zdolne do bezpośredniego hamowania wzrostu bakterii poprzez ich fagocytowanie. Biorą również udział w szerokim zakresie reakcji odporności komórkowej przeciwgruźliczej - poprzez prezentację antygenu, stymulację gromadzenia się limfocytów T w miejscu zapalenia itp. Ważne jest, aby zauważyć, że specyficzne mechanizmy wiązania wirulentnych i stosunkowo awirulentnych szczepów mykobakterii do fagocytów mogą się różnić.

Istnieją wystarczające dowody wskazujące na to, że proces formowania wakuoli lub fagosomu podczas interakcji M. tuberculosis z fagocytem jednojądrowym jest pośredniczony przez przyłączenie mikroorganizmu do receptorów dopełniacza (CR1, CR3, CR4), receptorów mannozy lub innych receptorów powierzchniowych komórek. Interakcja między receptorami mannozy komórek fagocytujących i mykobakterii jest pośredniczona, najwyraźniej, przez glikoproteinę ściany komórkowej mykobakterii - lipoarabinomannan.

Cytokiny komórek pomocniczych T typu 2 - prostaglandyna E2 i IL-4 - stymulują ekspresję CR i MR, a IFN-γ przeciwnie, hamuje ekspresję i funkcję tych receptorów, co prowadzi do zmniejszenia adhezji mykobakterii do makrofagów. Nadal gromadzą się również dane dotyczące udziału receptorów białek surfaktantów w przyłączaniu bakterii do komórek.

Rola cząsteczki CD14 (markera fagocytów) została zademonstrowana przy użyciu modelu interakcji między prątkami gruźlicy i mikroglejem, rezydentnymi fagocytami tkanki mózgowej. Stwierdzono, że przeciwciała przeciwko CD14 zapobiegały zakażeniu komórek mikrogleju wirulentnym laboratoryjnym szczepem H37Rv. Ponieważ cząsteczka CD14 nie przenika przez błonę komórkową i nie ma bezpośredniego kontaktu z cytoplazmą, nie jest w stanie samodzielnie przekazywać sygnału indukowanego przez lipoproteiny, ale wymaga koreceptora do aktywacji wewnątrzkomórkowych szlaków przekazywania sygnału. Najbardziej prawdopodobnymi kandydatami na takie koreceptory są przedstawiciele rodziny receptorów typu Toll. Lipoproteiny mikrobiologiczne, poprzez aktywację tych receptorów, mogą z jednej strony wzmacniać mechanizmy obronne organizmu gospodarza, a z drugiej strony powodować uszkodzenia tkanek poprzez indukcję apoptozy. Jednocześnie apoptoza jest w stanie hamować odpowiedź immunologiczną poprzez eliminację komórek zaangażowanych w reakcje immunologiczne, zmniejszając w ten sposób uszkodzenia tkanek.

Oprócz powyższego wydaje się całkiem prawdopodobne, że znaczącą rolę w procesie przyłączania prątków do komórek fagocytujących odgrywają tzw. receptory „zbieracze”, które znajdują się na powierzchni makrofagów i wykazują powinowactwo do szeregu ligandów.

Los prątków gruźlicy po fagocytozie polega na zahamowaniu ich wzrostu przez makrofagi. Po wejściu do fagosomu bakterie chorobotwórcze są narażone na szereg czynników mających na celu ich zniszczenie. Czynniki te obejmują fuzję fagosomu z lizosomem, syntezę reaktywnych rodników tlenowych i syntezę reaktywnych rodników azotowych, zwłaszcza tlenku azotu. Śmierć prątków gruźlicy wewnątrz makrofaga może nastąpić na skutek kilku mechanizmów w wyniku złożonych interakcji między limfocytami i fagocytami za pośrednictwem cytokin. Możliwe, że zdolność prątków gruźlicy do unikania toksycznych skutków reaktywnych rodników tlenowych i azotowych jest kluczowym etapem w przejściu do utajonego stadium zakażenia. Zdolność makrofaga do zahamowania wzrostu prątków gruźlicy w znacznym stopniu zależy od stadium aktywacji komórek (przynajmniej częściowo) i od równowagi cytokin (głównie, prawdopodobnie, czynnika wzrostu płytek krwi alfa (TGF-α) i IFN-γ).

Ważnym składnikiem mechanizmu działania przeciwmykobakteryjnego makrofagów jest najwyraźniej apoptoza (programowana śmierć komórki). W modelu hodowli M.bovis BCG w monocytach wykazano, że apoptozie (ale nie martwicy) makrofagów towarzyszy spadek żywotności fagocytowanych mykobakterii.

Rola limfocytów T w odporności przeciwgruźliczej

Wiadomo, że limfocyty T są głównym składnikiem nabytej odporności w zakażeniu gruźlicą. Immunizacja zwierząt doświadczalnych antygenami mykobakteryjnymi, a także przebieg zakażenia gruźlicą, są związane z generacją antygenowo swoistych limfocytów CD4 ⁺ i CD8 ⁺.

Niedobór limfocytów CD4 i, w mniejszym stopniu, CD8 obserwowany u myszy z wyłączonym genem CD4, CD8, MHCII, MHCI, a także po podaniu przeciwciał specyficznych dla antygenów CD4 lub CD8, prowadzi do znacznego zmniejszenia odporności myszy na zakażenie prątkiem gruźlicy. Wiadomo, że pacjenci z AIDS, u których występuje niedobór limfocytów CD4 ⁺, mają niezwykle wysoką wrażliwość na gruźlicę. Względny udział limfocytów CD4 ⁺ i CD8 ^{+ w ochronnej odpowiedzi immunologicznej może się zmieniać na różnych etapach zakażenia. Tak więc w ziarniniakach płucnych myszy zakażonych M. bovis BCG, limfocyty T CD4+} dominują na wczesnych etapach zakażenia (2-3 tygodnie), podczas gdy zawartość limfocytów CD8 ⁺ wzrasta na późniejszych etapach. Podczas transferu adopcyjnego ^{limfocyty CD8+, zwłaszcza ich subpopulacja CD44hl}, wykazują wysoką aktywność ochronną. Oprócz limfocytów CD4 ⁺ i CD8 ⁺ występują także inne subpopulacje limfocytów, w szczególności ^{limfocyty γδ i CD4+} CD8 +,, ograniczone przez niepolimorficzne cząsteczki klasy MHC CD1. również, jak się wydaje, przyczyniają się do odporności ochronnej przed zakażeniem gruźlicą. Mechanizmy działania efektorowego limfocytów T sprowadzają się głównie do produkcji czynników rozpuszczalnych (cytokiny, chemokiny) lub cytotoksyczności. W zakażeniach mykobakteryjnych występuje dominujące powstawanie T1, którego charakterystycznymi cechami są produkcja cytokin IFN-γ i TNF-α. Obie cytokiny są zdolne do stymulowania aktywności przeciwmykobakteryjnej makrofagów, co jest przede wszystkim odpowiedzialne za działanie ochronne limfocytów CD4. Ponadto IFN-γ jest zdolny do tłumienia nasilenia reakcji zapalnych w płucach, a tym samym zmniejszania nasilenia zakażenia gruźlicą. TNF-α jest niezbędny do tworzenia ziarniniaków, pełnej współpracy makrofagów i limfocytów oraz ochrony tkanek przed zmianami martwiczymi. Oprócz działania ochronnego TNF-α ma również działanie „patologiczne”. Jego produkcja może prowadzić do gorączki, utraty wagi i uszkodzenia tkanek - objawów charakterystycznych dla zakażenia gruźlicą. Limfocyty T nie są jedynym źródłem TNF-α. Jego głównymi producentami są makrofagi. Działanie TNF-α jest w dużej mierze determinowane przez poziom produkcji innych cytokin typu 1 i 2 w ognisku zapalnym. W warunkach przeważającej produkcji cytokin typu 1 i braku produkcji cytokin typu 2, TNF-α ma działanie ochronne, a przy jednoczesnej produkcji cytokin typu 1 i 2 ma działanie destrukcyjne. Ponieważ, jak zauważono powyżej, mykobakterie stymulują głównie limfocyty T1, przebiegowi zakażeń mykobakteryjnych zwykle nie towarzyszy wzrost produkcji IL-4 i IL-5. Jednocześnie w ciężkich postaciach zakażenia, jak również w jego późnych stadiach, może wystąpić miejscowy i systemowy wzrost produkcji IL-4 i IL-5. Nie jest jasne, czy zwiększona produkcja cytokin typu 2 jest przyczyną cięższego przebiegu gruźlicy czy też jego konsekwencją.

Cytotoksyczność wobec zakażonych komórek docelowych wykazują komórki CD8 ⁺, a także „nieklasyczne” limfocyty CD8 ⁺ ograniczone cząsteczkami CDlb, limfocyty CD4 ⁺ CD8 ⁺ i limfocyty CD4 ⁺. Znaczenie cytotoksyczności w ochronie przed gruźlicą wskazuje spadek aktywności cytotoksycznej limfocytów CD8 ⁺ i zawartości perforyny u chorych na gruźlicę w porównaniu ze zdrowymi dawcami. Istotne jest udzielenie odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób liza zakażonych komórek docelowych może wpływać na przebieg procesu zakaźnego: czy prowadzi do zmniejszenia intensywności reprodukcji prątków, które są pasożytami wewnątrzkomórkowymi, czy też przeciwnie, sprzyja uwalnianiu prątków z zakażonych makrofagów i zakażaniu nowych komórek. Dane S. Strongera (1997) wydają się być w stanie przyczynić się do zrozumienia tego problemu. Autorzy wykazali, że cytotoksyczne limfocyty zawierają cząsteczki granulizyny, które mają działanie bakteriobójcze na prątki. Aby granulyzyna mogła przeniknąć do zakażonych komórek, limfocyty muszą wydzielać białka, które tworzą pory w błonie komórek docelowych. W ten sposób po raz pierwszy uzyskano dane dotyczące bezpośredniego niszczenia mykobakterii (w makrofagach) przez limfocyty T, co dowodzi możliwości bezpośredniego udziału limfocytów T w ochronie przed zakażeniami mykobakteryjnymi.

Regulacja odpowiedzi immunologicznej komórek T

Odpowiedź limfocytów T i ich produkcja cytokin efektorowych są regulowane przez cytokiny wytwarzane przez komórki prezentujące antygen, w tym zakażone makrofagi. IL-12 przesuwa różnicowanie limfocytów T w kierunku tworzenia komórek Th1 i stymuluje produkcję IFN-γ. Zakażenie myszy IL-12 ^% M.bovis BCG prowadzi do postępującego rozwoju zakażenia, zwiększonego rozprzestrzeniania się prątków i towarzyszy mu brak tworzenia się ziarniniaków w płucach. U myszy z IL-12p40 ^% zakażonych M. tuberculosis obserwuje się niekontrolowany wzrost prątków, związany z naruszeniem zarówno naturalnej odporności, jak i nabytej odporności i spowodowany znacznym spadkiem produkcji prozapalnych cytokin IFN-γ i TNF-β. Z kolei podanie rekombinowanej IL-12 myszom, a następnie zakażenie M. tuberculosis Erdmann prowadzi do wzrostu ich odporności na zakażenie.

IL-10 jest cytokiną regulacyjną, która stymuluje rozwój reakcji odporności humoralnej i tłumi wiele reakcji odporności komórkowej. Uważa się, że wpływ IL-10 na odpowiedź komórek T może być pośredniczony przez jej działanie na makrofagi: IL-10 hamuje prezentację antygenów przez makrofagi i tłumi syntezę cytokin prozapalnych TNF-α, IL-1, IL-6, IL-8 i IL-12, GM-CSF, G-CSF przez makrofagi. IL-10 ma również działanie antyapoptotyczne. Takie spektrum działania, jak się wydaje, powinno determinować istotny wpływ IL-10 na intensywność odporności przeciwgruźliczej, jednak dane dotyczące zależności odporności ochronnej od produkcji IL-10 są skrajnie sprzeczne.

TGF-β jest unikalnym czynnikiem tłumiącym odporność komórkową. Poziom jego produkcji koreluje z ciężkością gruźlicy, a podanie przeciwciał anty-TGF-β lub naturalnych inhibitorów TGF-β myszom zakażonym M. tuberculosis koryguje zmniejszoną odpowiedź komórek T.

Należy zauważyć, że rola efektorowa limfocytów T nie ogranicza się do produkcji cytokin i cytotoksyczności komórkowej. Inne procesy zachodzące podczas nawiązywania bezpośredniego kontaktu między limfocytami T i makrofagami, a także produkcja chemokin przez limfocyty T, mogą wnieść znaczący wkład w rozwój lokalnych reakcji zapalnych. Te ostatnie z kolei są wywoływane nie tylko przez odpowiedź makrofagów i limfocytów T. Neutrofile, eozynofile, fibroblasty, komórki nabłonkowe i inne mogą być aktywnymi uczestnikami procesów zachodzących w płucach podczas zakażenia gruźlicą.

Badania morfologiczne procesu powstawania ziarniniaka, a także wyniki określania dynamiki powstawania specyficznej odpowiedzi komórek T, pozwalają naszym zdaniem wyróżnić kilka etapów interakcji prątków z makroorganizmem. Pierwszy charakteryzuje się postępującą proliferacją prątków przy braku specyficznej odpowiedzi limfocytów T i trwa około 2-3 tygodni. Drugi występuje po uformowaniu dojrzałych limfocytów T i charakteryzuje się stabilizacją wzrostu prątków. Z reguły po nim następuje etap dekompensacji, który zbiega się w czasie z niszczeniem formacji limfoidalnych i pojawieniem się zmian martwiczych w płucach. Efekt szczepionki może być spowodowany zmniejszeniem pierwszej fazy odpowiedzi.