За последние два десятилетия произошла коренная трансформация представлений о природе сепсиса. В настоящее время сепсис рассматривают как «... патологический процесс, в основе которого лежит реакция организма в виде генерализованного воспаления на инфекцию различной природы» [30].
Однако, несмотря на разнообразие этиологии и локализации инфекционного процесса, отмечают общность клинических проявлений. В ходе исследований последних лет стало очевидно, что в основе септических состояний и различных неинфекционных процессов, таких так шок, ожоги, отморожения, острый панкреатит и др., лежат общие неспецифические процессы системного воспаления, приводящие к формированию полиорганной недостаточности (ПОН) и, в конечном итоге, к смерти. Причем ход воспалительного процесса неинфекционной природы часто осложняется присоединением инфекции вследствие транслокации бактерий через ишемизированную в результате нарушений микроциркуляции стенку кишечника или присоединения внутрибольничной пневмонии и так далее — т. е. развивается вторичная инфекция, еще больше осложняя течение основного заболевания. Ситуация усугубляется тем, что тяжелые гнойно-септические заболевания часто сопровождаются парезом желудочно-кишечного тракта, что влечет за собой усиленный рост кишечной грамотрицательной и анаэробной флоры и поступление большого количества токсинов в брюшную полость вследствие нарушения барьерной функции интестинального эпителия и увеличения проницаемости кишечной стенки.
В результате взаимодействия организма человека и инфекции при определенных условиях (повреждение естественных барьеров, увеличение количества или изменения соотношений сапрофитных микроорганизмов и др.) формируется местная воспалительная реакция. Возникает нормальная контролируемая реакция на действие инфекционного агента, и, если оно продолжается, запускается каскадный механизм активации медиаторов воспаления (ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8, ФНОа, простаг- ландины и др.) — формируется системная воспалительная реакция (СВР, inflammatory response syndrome — SIRS). Наличие микробных токсинов приводит к активации системы комплемента, активации нейтрофилов, моноцитов, макрофагов, эндотелиоцитов и тромбоцитов, повышению их адгезивных свойств, дегрануляции и выделению кислородных радикалов, протеаз — происходит активация гуморальных и клеточных механизмов иммунной системы. Вместе с тем выделяются такие медиаторы, как ИЛ-4, ИЛ-10, ИЛ-11, ИЛ-13, которые ограничивают воспалительную реакцию. При выраженной и/или продолжительной стимуляции им- мунокомпетентных клеток цитокины, проникая в системную циркуляцию и накапливаясь там в достаточном количестве, могут приводить к нарушению баланса про- и противовоспалительных агентов. Происходит срыв гомеостаза. Утрачивается регуляция ответа на инфекцию. ФНОа и ИЛ-1 опосредуют непреодолимый физиологический эффект, приводящий к тканевому повреждению и заключающийся в развитии диффузного капиллярного повреждения, органной дисфункции [49]. Под действием таких веществ, как фактор активации тромбоцитов, ингибитор активатора плазминогена, цитокины, непосредственно или опосредованно активируются факторы свертывания. Повреждение эндотелиальных клеток инициирует цитокиновый каскад. Избыточная выработка цитокинов является вредной, так как стимулирует синтез дополнительных естественных медиаторов воспаления, таких как эйкозаноиды, интерлейкины, тромбоксан, лейкотриены, брадикинин, оксид азота, участвующие в нарушениях микроциркуляции, проницаемости капилляров. Формируется замкнутый крут. Антикоагулянтные факторы активно потребляются и неизбежно наступает их дефицит, который прогрессирует по мере утяжеления сепсиса. Развивается сначала гиперкоагуляционное, а позднее — гипокоагуляцион- ное состояние. Под действием ДВС, нарушений центральной гемодинамики, микроциркуляции, уменьшения ОЦК, ишемических и реперфузионных повреждений, а также на фоне повреждений органов и тканей, вызванных непосредственным действием бактериальных токсинов, развивается органная дисфункция, а позже — полиорганная недостаточность, которая, несмотря на достигнутые медициной успехи, до сих пор остается основной причиной высокой летальности при сепсисе. При участии в полиорганной недостаточности четырех систем и более летальность приближается к абсолютной. (рис. 15.4).
Некоторые общие механизмы развития СПОН.
R. Cook и соавт. [68] выделяют несколько механизмов развития полиорганной недостаточности: инфекционно-токсический, микроциркуляторный, медиаторный, «феномен двойного удара» (раннюю и позднюю ПОН) и др. На разных этапах преобладает тот или иной механизм развития шока и ПОН, однако, как правило, все механизмы оказываются задействованы одновременно в большей или меньшей степени [9,10, 39].
R.C. Bone [58] на основании цитокиновой теории полиорганной недостаточности ввел термин «компенсаторный антивоспалительный ответ» (compensatory anti-inflammatory response syndrome — CARS) с тремя клиническими вариантами:
- преобладание синдрома системной воспалительной реакции, которая в конечном счете приводит к формированию органной недостаточности;
- преобладание CARS («иммунный паралич», повышенная опасность инфекционной инвазии);
- сбалансированность SIRS и CARS — самый благоприятный вариант воспалительной реакции, высокая вероятность благоприятного исхода. При лечении больных с абдоминальным сепсисом необходим дифференцированных подход к терапии, направленной на коррекцию иммунного статуса, поскольку вид возбудителя и распространенность гнойного процесса определяют различный характер течения иммунных реакций.
На протяжении многих лет адекватная хирургическая санация гнойного очага и антибактериальная терапия считались главными средствами борьбы с сепсисом [29, 30,31,115]. В настоящее время общепризнанно, что основная роль в патогенезе сепсиса принадлежит не инфекционному агенту, который является лишь пусковым звеном, а чрезмерной и неадекватной воспалительной реакции, вызванной медиаторами, которые образуются под действием бактериальных токсинов. Бактериальная инвазия же рассматривается как механизм, запускающий множество каскадных реакций и стимулирующий их дальнейшее течение. Доказанным является тот факт, что прогрессирование системной воспалительной реакции в рамках сепсиса, отягощение полиорганной недостаточности могут происходить уже при санированном гнойном очаге. Возникающий порочный круг аутоагрессии, аутоканнибализма приводит к тому, что обменные процессы в организме направлены не на регенерацию, а, скорее, на деструкцию тканей [19, 38, 39,154].
Одним из главных факторов, запускающих системную воспалительную реакцию, является эндотоксин грамотрицательных бактерий, являющийся облигатным липополисахаридом бактериальной стенки. В настоящее время, достаточно хорошо изучена химическая структура эндотоксина и биологическое действие, оказываемое им на организм [19, 20]. Эндотоксин состоит из длинной цепи жирной кислоты (липид А) и полисахаридного ядра, которые одинаковы у всех грамотрицательных бактерий. К сердцевине ядра прикреплена вариабельная углеводная цепочка — О-антиген, который уникален для каждой бактерии и определяет ее серотип. Структура эндотоксина представлена на рис. 15.5.
Структура эндотоксина грамотрицательных бактерий.
За счет внедрения эндотоксина в двуслойную мембрану (клеточную стенку) гидрофобной частью молекулы происходит ее реорганизация: изменение гидро- фобности, поверхностного заряда, функциональной стабильности. Это приводит к угнетению клеточного дыхания, нарушению функций митохондрий, ускорению окислительных процессов. Взаимодействие эндотоксина с нейтрофилами является триггером для выделения активных кислородных радикалов — основных медиаторов тканевого повреждения при эндотоксинемии [62, 80]. Это усугубляется тем, что эндотоксин способен угнетать активность антиоксидантных систем (уровень эндогенного глутатиона и сульфгидрильных групп белков в крови) и снижать способность гепатоцитов противостоять перекисному повреждению мембран, что приводит к развитию печеночной недостаточности [105].
При разрушении бактериальной стенки освобожденный эндотоксин проникает в различные жидкие среды организма, но именно возникающая эндотоксемия приводит к различным патофизиологическим эффектам, ухудшающим состояние и в значительной мере определяющим тяжесть клинического состояния больного. Высокая биологическая активность липополисахарида бактериальной стенки обусловливает тяжелые осложнения грамотрицательных инфекций. J.S. Solomkin и соавт. [179] рассматривали первоначальный ответ организма на эндотоксин как анафилактическую реакцию. Установлено, что эндотоксин является специфическим активатором комплемента, в результате чего генерируются фракции С3а, С5а, которые в свою очередь обладают способностью стимулировать выделение гистамина. Е.К. Pinkard и соавт. [151] сообщают об опосредованном действии на тромбоциты, приводящем к их агрегации и выбросу серотонина [15, 19, 33, 38, 39, 40, 41, 184, 186]. В результате метаболических нарушений, которые приводят к комплемент-зависимой агрегации лейкоцитов, развивается повреждение эндотелия, вызывая эмболизацию капилляров легких, приводя к дистресс-синдрому [76].
Эндотоксин способен прямо воздействовать на гранулоциты, а также через различные медиаторные системы стимулировать выброс лизосомальных ферментов, которые в свою очередь взаимодействуют с различными белковыми структурами и приводят к освобождению высокотоксичных пептидов молекулярной массой 1000—5000 дальтон (так называемых «средних молекул»). Среднемолекулярные пептиды, по данным ряда авторов, запускают, стимулируют и усугубляют гемодинамические нарушения, их уровень хорошо коррелирует с клиническими проявлениями при перитонитах. Б.А. Рейсом и соавт. [24, 25] в экспериментах установлено, что суммарная токсичность плазмы при распространенных каловых перитонитах распределяется поровну между «молекулами средней массы» и токсинами бактерий .
Установлено, что большое количество эндотоксина выделяется при разрушении грамотрицательных бактерий под действием защитных сил организма и приводит к быстрому истощению физиологических эндотоксинсвязывающих систем. Кроме этого, патогенные бактерии способы спонтанно выделять эндотоксин в окружающую среду. Адекватная терапия, антибиотиками бактерицидного действия неизбежно приводит к выделению эндотоксина в системный кровоток. Подобный эффект наиболее выражен у широко применяющихся антибиотиков цефалоспориновой группы.
Повреждение сосудистого эндотелия при сепсисе является одной из важнейших составляющих полиорганной недостаточности. Механизм эндотелиальных поражений комплексный: наличие микробных токсинов в кровотоке приводит к активации свертывающей системы крови, системы комплемента, активации нейтрофилов и тромбоцитов, повышению их адгезивных свойств, дегрануляции и выделению кислородных радикалов, протеаз. Активность эндотоксина в сыворотке макроорганизма во многом зависит от концентрации липополисахаридсвязывающего белка, в комплексе с которым он взаимодействует с рецептором CD 14, активируя макрофаги, что в свою очередь сопровождается выделением цитокинов, фактора активации тромбоцитов, колониестимулирующих факторов, метаболитов цикла арахидоновых кислот, тромбоксанов, простагландинов, лей- котриенов, активацией Т-лимфоцитов с выделением ИЛ-2, гамма-интерферона. На поверхности клеток имеются также специфичные для эндотоксина рецепторы CD18, CD54. Названные факторы вызывают прямые повреждения эндотелия. Клиническими проявлениями указанных процессов являются системная воспалительная реакция, системные нарушения микроциркуляции.
Попавший в брюшную полость эндотоксин поступает в кровь быстрее, чем бактерии. Обнаружена способность фибрина адсорбировать эндотоксин при перитонитах. При каловых перитонитах в эксперименте патологическую эндоток- синемию считали одной из главных причин гибели лабораторных животных, а некоторые авторы отождествляют токсическую фазу перитонита с эндотокси- новым шоком. Установлено, что летальная доза эндотоксина при внутривенном и внутрибрюшном введении одинакова. Этот факт свидетельствует о том, что эндотоксин быстро всасывается из брюшной полости в кровеносные и лимфатические капилляры [15, 39].
Наиболее уязвимыми с клинической точки зрения являются почки, легкие и кроветворная система. Несмотря на сродство клинико-лабораторной картины (нарушение гемодинамики, повреждение легких, требующее проведение ИВЛ) при введении в эксперименте летальных доз экзотоксина грамположительных и эндотоксина грамотрицательных бактерий, во втором случае можно наблюдать более выраженные нарушения и проявляются они быстрее.
В мировой литературе имеется множество работ, посвященных изучению изменений концентрации эндотоксина при различных септических состояниях. Установлено, что максимальная концентрация эндотоксина при распространенных перитонитах наблюдается на 3-и сутки с постепенным снижением у выживших. У умерших впоследствии пациентов отмечался дальнейший рост концентрации эндотоксина в крови несмотря на этапные санации брюшной полости, что в конечном итоге приводило к летальному исходу. При местных перитонитах отмечался кратковременный подъем уровня эндотоксина в 1-е сутки и максимальная его концентрация на 2-е сутки с полным исчезновением его из системного кровотока уже на 5—7-е сутки послеоперационного периода при условии отсутствия хирургических осложнений [66, 94, 131, 132, 191]. Множеством авторов подтверждена корреляция между клиническим состоянием больного и уровнем эндотоксина в крови.
В то же время концентрация эндотоксина в крови не всегда четко коррелирует с клиническим состоянием больного. У ряда больных с подтвержденным грамотрицателъным сепсисом (выявление грамотрицательных возбудителей и наличие системной воспалительной реакции) при наличии клинических признаков эндотоксинемии эндотоксин в плазме не выявлялся или концентрации его были крайне малы. В то же время клинические проявления системной эндотоксинемии запаздывают за появлением эндотоксина в крови. Это можно объяснить различной чувствительностью макроорганизма к эндотоксину, состоянием дезинтоксикационных систем, направленных на инактивацию эндотоксина, не- специфичностью LAL-теста — самого распространенного на сегодняшний день метода определения концентрации эндотоксина к крови. Поэтому большинство авторов считают, что при обнаружении эндотоксина в крови оценка его концентрации может быть полуколичественной и оцениваться только в динамике. Известно, что начальные этапы эндотоксикоза обусловлены взаимодействием липо- полисахарида с различными клетками крови и тканей. Из клеток, акцептирующих эндотоксин, главными участниками и индукторами эндотоксикоза являются эндотелиальные клетки, тромбоциты, макрофаги, нейтрофилы, базофилы, тучные клетки, гепатоциты, что свидетельствует об отсутствии селективного связывания эндотоксина клетками. Активная клеточная акцепция эндотоксина объясняет феномен несоответствия между явлениями эндотоксемии и эндотоксикоза, когда при отсутствии содержания в крови циркулирующего эндотоксина развивается характерная картина эндотоксикоза и шока [118,142].
Различное действие эндотоксинемии на организм может зависеть от конечного результата взаимодействия циркулирующего эндотоксина с физиологическими детоксицирующими системами [40].
Установлено, что в крови портальной вены концентрация эндотоксина выше, чем в крови нижней полой вены. Разрушение попавшего в кровь эндотоксина происходит в купферовских клетках печени, клетках ретикулоэндотелиальной системы, однако, скажем при перитонитах, можно наблюдать быстрое истощение эндотоксинсвязывающего потенциала этих систем [138, 212]. В связи с этим не менее важное значение имеет инактивация эндотоксина непосредственно в крови [143, 144].
Y. Yamagushi и соавт. [211] установили, что возможности нормальной плазмы и печеночной ткани инактивировать эндотоксин практически одинаковы.
Совокупность факторов, обладающих способностью инактивировать эндотоксин, получила название «гуморальная эндотоксинсвязывающая активность». В результате взаимодействия с ними эндотоксин снижает свою способность провоцировать системную воспалительную реакцию, лихорадку, а также гораздо слабее реагирует с LAL-тестом. Кроме того, установлено, что инактивированный эндотоксин даже долгое время находясь в системном кровотоке, блокирует соответствующие рецепторы и предотвращает патологические эффекты вновь поступающего эндотоксина [14].
Благодаря тому, что внутренняя часть молекулы — «ядро» — сходна у большинства штаммов, активно изучаются иммунные агенты, способные приводить к инактивации эндотоксина. Так, к настоящему времени накопилось большое количество материала, свидетельствующего о высоком протективном потенциале иммунизированной сыворотки. В различных клинических исследованиях продемонстрировано, что антисыворотка к «ядру» эндотоксина способна инактивировать эндотоксин гомо- и гетерологичных бактерий. Введение антисыворотки оказалось эффективным для предотвращения шока, синдрома ДВС, а наибольший эффект достигался при сублетальном заражении лабораторных животных [1,2, 14,215,216].
Многие авторы заявляют о неантительных системах в плазме крови, способных инактивировать эндотоксин, однако природа этих систем до конца не ясна. В качестве инактиваторов эндотоксина предлагались различные компоненты нативной плазмы человека. Так K.D. Schultz и соавт. [173] не обнаружили способности сыворотки инактивировать эндотоксин, однако наблюдали ее в плазме гепаринизированных животных. Авторы объяснили это действием липопротеиновой липазы, которая активируется при введении гепарина и способна разрушать эндотоксин. K.J. Johnson и соавт. [102, 103] изолировали инактиватор из нормальной человеческой плазмы и отнесли его к альфа-глобулинам. Авторы отрицали его энзиматическую природу. Y. Yamaguchi и соавт. [211] связывали инактиватор с действием комплемента: после декомплементации сыворотки на 90% от исходного уровня снижалась ее способность инактивировать эндотоксин, a R.S. Skames и соавт. [175] вообще отрицали участие комплемента в инактивации эндотоксина. В ряде работ сообщается о способности липопротеидов высокой плотности образовывать устойчивый комплекс с эндотоксином, приводя к его инактивации. Имеются сообщения об участии в процессах детоксикации ЛПС лизоцима, интерферона, макроглобулинов, термолабильного сывороточного инактиватора с эстеразной активностью, фосфатаз, комплемента [2]. Таким образом, научные данные в этой области весьма противоречивы.
В клинической практике иногда приходится наблюдать, как практически полное удаление эндотоксина из системного кровотока не приводит к улучшению состояния больного. Данный факт требует более тщательного определения показаний к проведению весьма дорогостоящих процедур селективного удаления эндотоксина из кровотока, а также оптимизации методики селективной адсорбции.