Тема 6 СПЕЦІАЛЬНІ ФОРМИ ТОКСИЧНОГО ПРОЦЕСУ
ІМУНОТОКСИЧНІСТЬ
Імунотоксичність слід розглядати в двох аспектах: як власне ушкоджувальна дія речовин на імунну систему і як участь імунної системи в реалізації механізмів токсичної дії ксенобіотиків. Перший аспект простежується, наприклад, в явищі зниження резистентності організму, що піддався дії токсинів, до інфекції; другою – переходить у феномені сенситизації шкірних покривів, дихальних шляхів колія,дорога і т.д. до хімічних речовин . Обидва аспекти нерозривно зв’язано між собою.
Імунна система включає кровоносне русло і лімфатичні судини, пронизливі всі тканини організму, по яких переміщаються міріади імунокомпетентних клітин. Функція системи – виявити чужорідні елементи (антигени), що проникли у внутрішні середовища, ізолювати їх і знищити. Це реалізується у декілька етапів:
а) накопичення чужорідних елементів в лімфоїдній тканині;
б) проходження імунокомпетентних клітин через лімфоїдні структури і їх трансформація в антиген-специфічне за рахунок контакту з чужорідними елементами (антигенами);
в) дисименація продуктів імунологічної трансформації (антиген-специфічних клітин і гуморальних чинників імунітету) в крові і тканинах;
г) взаємодія продуктів трансформації з антигеном;
д) маніфестація процесу, який може бути місцевим і загальним, гострим і хронічним, оборотним і необоротним, таким, що виразно виявляється і прихованим.
Імунна система є високо спеціалізованою, складно регульованою системою, її клітинні елементи знаходяться в стані постійної проліферації. В зв’язку з цим будь-яка токсична дія обов’язкова ампліфікується. При цьому пошкодження імунної системи може виявлятися посиленням або супресій імунних функцій організму, або взагалі не виявлятися клінічно. Зниження імунітету приводить до почастішання інфекційних захворювань, ослаблення механізмів протипухлинного захисту організму. Посилення імунної відповіді приводить до формування аутоіммунних процесів, алергізації організму або патологічної гіперчутливості до певних антигенів.
Величезна кількість речовин володіє імунотоксичністю. Вважають, що практично будь-яка інтоксикація в тому або іншому ступені може стати причиною порушення імунного статусу організму. Проте до імунотоксинів, тобто речовин, що порушують імунні реакції організму, діючи в мінімальних дозах, можна віднести лише обмежену кількість сполук. Перелік імунотоксинів, достатньо широко використовуваних в господарській діяльності, представлений в таблиці 1.
Таблиця 1. Перелік найбільш відомих промислових токсинів, що володіють вираженою імунотоксичністю.
Берилій
Платина
Хром
Кадмій
Нікель
Етиленоксид
Формальдегід
Полігаленові ароматичні вуглеводні
ДДТ
Діельдрін
Карбаріл
2,3,7,8-тетрахлордибензофуран
2,3,7,8-тетрахлордибенз-р-діоксин
Метилртуть
Оловоорганічні з’єднання
Епоксидні смоли
Ізоціанати
Ефіри гліколю
Для виявлення дії речовин на імунну систему розроблені численні методи дослідження, що виконуються in vivo і in vitro. Імунні клітини легко ізолювати, а їх функції вивчити in vitro. Антитіла також легко виділити і їх кількість оцінити. Інформація про імунотоксичності речовин може бути використана для оцінки ризику, якому піддаються особи, що контактують з ними.
1. Коротка характеристика морфологічних і функціональних особливостей імунної системи ссавців
Імунокомпетентні клітини
Центральне місце в імунних реакціях організму належить лімфоцитам. Лімфоцити розпізнають специфічні антигени або антигенні детермінанти. Їх позначають також як антиген-чутливі або імунокомпетентні клітини. Попередниками лімфоцитів, як і інших клітин крові, є стволові клітини кісткового мозку. У ембріональному періоді, а у деяких тварин і впродовж всього життя, попередники лімфоцитів покидають кістковий мозок і заселяють первинні лімфоїдні органи (тимус, фетальна печінка). У тимусі здійснюється проліферація і диференціація імунокомпетентних клітин. Лімфоцити, виниклі в результаті проліферації клітин в тимусі, називаються тимоцитами. Частина тимоцитів відмирає, частина – окуповує вторинні лімфоїдні органи (селезінку, лімфатичні вузли, лімфоепітеліальну тканину, що асоціюється з кишечником, – мигдалини, апендикс). Ці клітини позначаються як тимус-залежні лімфоцити або Т-лімфоцити. В ході перетворення стовбурових клітин в тимоцитах, останні набувають поверхневих антигенів (мембранні антигени), які відрізняють їх від інших клітин. За допомогою спеціальних імунних сироваток, специфічних відносно різних поверхневих антигенів, можна відрізнити тимоцити від інших популяцій лімфоцитів. При трансформації тимоцитів в Т-лімфоцити відбувається зменшення кількості цих поверхневих антигенів на користь імуноглобулінів (рецептори антигенів) і Н2-трансплантаційних антигенів (відповідає НLA-системі людини). Т- лімфоцити грають важливу роль, як в механізмах клітинного (клітини кілери), так і гуморального (клітини хелпери, клітини супресори, лімфокін-секретуючі клітини) імунітету. Вміст Т-хелперів і Т-супресорів в периферичній крові можна визначити, використовуючи комерційні препарати моноклональних антитіл. Т-хелпери (50 – 60% популяції Т-лімфоцитів) мають рецептор для IGM і інтерлейкіни-2. На поверхні клітинної мембрани Т- супресорів (25 -35% популяції Т-лімфоцитів) локалізовані рецептори IGG і інтерлейкіна-3. У нормі співвідношення хелперів і супресорів складає 1,8 – 2,2.
Крім згаданої, існує популяція тимус-незалежних лімфоцитів (В-лімфоцити). Хоча питання остаточно не вирішене, вважають, що в організмі ссавців клітини зароджуються безпосередньо в кістковому мозку, а потім розносяться по вторинних лімфоїдних органах. Порівняно з Т-лімфоцитами, В-лімфоцити несуть на поверхні клітинної мембрани значно більшу кількість рецепторів до антигенів (імуноглобуліни), а також рецептори, регулюючі диференціацію клітини. Основна функція В-лімфоцитів – синтез спеціальних білків – антитіл (імуноглобулінів: IGG, IGM, IGA, IGD, IGE;
Таблиця 2.
Властивості
IGG
IGM
IGA
IGD
IGE
Молекулярна
маса
Вміст в молекулі
вуглеводів (%)
Концентрація
у плазмі
крові (мг/100 мл)
Період напівруйнування в крові (доба)
На відміну від проліферації лімфоцитів в первинному лімфоїдному органі, їх проліферація у вторинних органах залежить від стимуляції процесу антигенами, що потрапляють в організм.
Крім лімфоцитів, найважливішим елементом імунної системи є фагоцидні клітини (макрофаги і мікрофаги).
Таблиця 3. Фагоцитні клітини
Мікрофаги
Макрофаги
Поліморфоядерні нейтрофільні лейкоцити
Еозинофільні лейкоцити
Гістіоцити (сполучна тканина)
Моноцити (кров)
Мікроглія (ЦНС)
Ретикулярні клітини (лімфатичні вузли, кістковий мозок)
Ендотеліальні клітини кровоносних синусів (селезінка, печінка)
Значна роль в імунній відповіді належить макрофагам, мононуклеарним клітинним елементам, здібним до фагоцитозу. Сукупність макрофагів утворює ретикулоендотеліальну систему, хоча окремі групи клітин істотно розрізняються, як по структурних, так і по функціональних особливостях. Макрофаги захоплюють антиген і переробляють його. Іноді антиген концентрується на поверхні клітин, що також має велике значення для формування імунної реакції. Облігатні макрофаги (головним чином моноцити) несуть на своїй поверхні рецептори для імуноглобулінів і комплемента. Прикріплення чужорідної субстанції до клітинної поверхні здійснюється як за допомогою цих рецепторів, так і без їх участі. Факультативні фагоцити (фібробласти, ендотеліальні клітини, ретикулярні клітини) лише в незначному ступені міра беруть участь в захопленні антигена, причому без участі в процесі імуноглобулінів і комплемента. На поверхні цих клітин відсутні відповідні рецептори.
Важлива роль в імунних процесах відводиться мікрофагам і особливо нейтрофілам. Основними функціями цих клітин є хемотаксис, стимуляція макрофагів, регуляція лімфопоезу і функціонального стану лімфоцитів, фагоцитоз, знищення фагоцитарних антигенів.
Органи і тканини імунної системи
Тимус. Тимус є дводолевою основою, що локалізується у основі серця. При народженні орган людини важить близько 10 –
Селезінка. Селезінка – основний фільтр антигенів, циркулюючих в крові, а також місце формування імунної відповіді на чужорідні елементи. Крім цих функцій селезінка ще і орган гемопоезу. Основні анатомічні елементи селезінки, це капсула і трабекули, створюючі слабо демарковані області в органі. Між трабекулами міститься біла пульпа (селезінкові вузли) і червона пульпа (селезінкові синуси). Ці гістологічно помітні області селезінки (червона і біла пульпа) і є функціональними елементами імунної системи. Велику частину органу займає червона пульпа, в якій розсіяні селезінкові вузли. Червона пульпа складається з ретикулярних клітин, фагоцитів, циркулюючих клітин крові. Біла пульпа – це щільна популяція лімфоцитів. У селезінкових вузлах виділяють центральну артерію, навколо якої локалізується зона тимусзалежних лімфоцитів, паростковий центр, що виявляється по наявності великих базофільних піронинофільних клітин, оточений зоною тимуснезалежних лімфоцитів. Селезінка не має приносних лімфатичних судин; антигени потрапляють в орган по кровоносному руслу.
Лімфатичні вузли. У організмі людини налічується 500 – 600 лімфатичних вузлів. Вони розташовуються одиночно і групами по ходу кровоносних судин. Лімфатичний вузол, це орган продукції лімфи і проліферації лімфоцитів. Орган складається з кори, паракортикального і мозкового шару. Лімфа потрапляє в лімфатичний вузол по лімфатичних судинах, несучи з собою антигени. Лімфа, що відтікала, відносить антиген-специфичні трансформовані лімфоцити, антитіла і лімфокініни. Кірковий шар вузла є вузькою смужкою тканини, що полягає, в основному, з В-лімфоцитів. При антигенній стимуляції лімфоцити проліферують з утворенням щільної популяції інтенсивно ферменативних сенсорних клітин, що диференціюються в лімфоцити (плазматичні клітини), які і продукують антитіла, що діляться. У паракортикальній зоні в основному локалізуються Т-лімфоцити. Тут вони взаємодіють з макрофагами. Медулярний шар складається з перегородок і синусів, призначених для фільтрації частинок, перенесених лімфою. Медулярний шар також містить лімфоцити, здатні продукувати антитіла після їх стимуляції антигеном.
Печінка. Нормальна печінка дорослої людини важить 1400 –
Особливості функціонування системи
За допомогою імунної системи організм виявляє “чужорідні”, не властиві йому, високомолекулярні, субклітинні і клітинні елементи (антигени) і формує реакції, направлені на їх скріплення, відторгнення і елімінацію. Розрізняють гуморальний і клітинний імунітет. Гуморальний імунітет припускає синтез В- лімфоцитами (плазматичними клітинами) антитіл і взаємодія останніх з антигеном. Клітинний імунітет реалізується шляхом атаки антигена сенсибілізованими клітинами (Т-лімфоцитами, макрофагами, мікрофагами).
Характерними особливостями функціонування імунної системи є:
1. Специфічність. Відомо, що стійкість відносно окремих захворювань носить специфічний характер. У основі явища лежить здатність імунної системи виявляти і особливим чином реагувати на чужорідні елементи, що мають цілком певну структуру.
2. Пам’ять. Якщо антиген певного вигляду вже був причиною імунної реакції, то елементи системи назавжди залишаються в модифікованому, відносно цього антигену, стані. В більшості випадків подальші контакти з антигеном супроводжуються посиленою або “адаптованою” реакцією (позитивна пам’ять). В деяких випадках повторний контакт з антигеном закінчується ослабленою реакцією (прояв толерантності або негативна пам’ять). Специфічність і пам’ять є критерійними властивостями системи, що дозволяють вирішити, чи є реакція організму на чужорідний агент імунної чи ні.
3. Кооперативність. Клітинні реакції імунітету і утворення антитіл є наслідком тісної взаємодії різних клітин, а також клітин і цитокінів (біологічно активні поліпептиди, що виробляються клітинами імунної системи і регулюючі їх фізіологічну активність). Тільки така взаємодія забезпечує максимальну ефективність системи.
4. Рухливість. Імунокомпетенті клітини, модулятори їх активності і антитіла циркулюють в організмі. Ефективність системи забезпечується дисимінацією її елементів в органах і тканинах. Місцеві імунні реакція також зв’язані з дією рухомих елементів (наприклад, в секреті слизистих оболонок дихальних шляхів, шлунково-кишкового тракту, око міститься IGA).
5. Клональність. У організмі мільйони осілих і рухомих імунокомпетентних клітин, готових брати участь в імунній відповіді. Проте тільки невелика їх частина здатна здібний розпізнати специфічний антиген і вступити у фазу проліферації (клоноперетворення). Це властивість імунної системи лежить в основі ампліфікації специфічних клітин і тим самим забезпечує ефективність імунної відповіді.
6. Регуляція. Ефективна імунна відповідь регулюється від початку до кінця. Регуляції підлягають інтенсивність імунної відповіді, його тривалість, співвідношення гуморальних (антитіла) і клітинних елементів. Індивідуальні відмінності у вираженості імунної реакції багато в чому детерміновані генетично. У експерименті показана наявність спеціального гена, що визначає інтенсивність імунної реакції на широкий спектр антигенів (Ir-Gen). Цей ген асоційований з генним комплексом тканинної сумісності. Гени тканинної сумісності кодують мембран-антигенні властивості ядровмісних клітин (HLA). Кожному індивідові показаний неповторний набір генів (а, отже, і антигенів). У дослідах на експериментальних тваринах показано, що ген імунореактивності (Ir-Gen) визначає характер взаємодії клітинних елементів імунної системи. Висока частота алергічних реакцій, що нерідко спостерігається, у членів однієї сім’ї на дію хімічних речовин, побічно доводить наявність цього гена і у людей.
Вважають, що гиперергічні імунні реакції можуть бути наслідком порушення механізмів регуляції.
Іммунокомпетентність
Іммунокомпетентність це функціональний стан імунної системи, при якому забезпечується ефективний захист організму від інфекційних агентів і пухлинних клітин, а також хімічних речовин, що володіють антигенними властивостями.
Крім імунної системи резистентність до вказаних чинників забезпечується механічними бар’єрами (шкіра, слизові), виділенням секретів, що володіють бактерицидними властивостями, запальною реакцією (природжена резистентність). Рівень природженої резистентності визначається функціональним статусом організму. Механізми природженої резистентності не розрізняють окремі типи “чужорідного”, вираженість цих властивостей, як правило, не зростає при повторному контакті з чужорідним агентом. Природжена резистентність забезпечує швидкий захист від широкого спектру різноманітних несприятливих чинників. Вона підкріплюється механізмами адаптивної резистентності.
На відміну від природженої уроджений,вроджений резистентності, механізми придбаної резистентності ніяк не виявляються до дії специфічного антигена (наприклад, високомолекулярної речовини). Адаптивна імунна відповідь реалізується через специфічні механізми навіть в тому випадку, якщо організм стикається з нескінченним різноманіттям антигенів. Адаптивні механізми захисту обумовлені функціональною активністю антиген-специфічних лімфоцитів і специфічних антитіл, зв’язаних між собою ланцюгом ідіопатичних(up-regulatory) /антидіотичних (down- regulatory) чинників. Адаптивні компоненти захисної системи організму істотно суттєво міняють силу у відповідь реакції при повторному контакті з антигеном. Інтеграція природжених і адаптивних (імунних) механізмів резистентності необхідна для підтримки стану надійної імуннокомпетентності. В цілому це стан організму визначається здатністю:
1. Утворювати функціональні бар’єри, що забезпечують його єдність і ізоляцію від навколишнього середовища.
2. Розпізнавати, ізолювати, нейтралізувати і відторгати те, що ідентифікується як “чужорідне”.
3. Ініціювати і організовувати формування різних гранулематозних і запальних реакцій в місцях контакту з “чужорідним”.
4. Генерувати “адаптивну” або посилену імунну відповідь на антиген, що повторно потрапив в організм.
5. “Вимикати” імунну реакцію тоді, коли “чужорідний” елемент видалений з організму.
До появи синдрому придбаного імунодефіциту (СНІД), стани, пов’язані з порушенням імунної відповіді у людини розглядалися як рідкісні. Основними чинниками навколишнього середовища, що пригнічують імунні реакції, вважалися променевими (іонізуюче випромінювання) і хімічний.
Дія токсинів на імунну систему
Поняття імуннотоксичності
Імунотоксичність можна визначити, як властивість ксенобіотиків викликати порушення функцій організму, що виявляються неадекватними імунними реакціями. Неадекватними можуть бути реакції на антигени, сам токсин, його метаболити і на комплексні антигени, що утворюються в організмі при інтоксикаціях.
У основі порушень можуть лежати різноманітні ефекти, від грубого пошкодження стовбурових клітин кісткового мозку, до зміни продукції цитокінів і модуляції щільності рецепторів для молекул-регуляторів на мембранах імуннокомпетентних клітин (як у бік зменшення, так і збільшення). Порушення можуть бути кількісними (зменшення числа клітин унаслідок селективної цитотоксичності ксенобіотика) і якісними (функціональні трансформації клітин або клітинних рецепторів). Оскільки неадекватні імунні реакції нерідко незрідка формуються при токсичних пошкодженнях органів, що не відносяться до імунної системи, імуннотоксичність не можна ототожнювати із здатністю здібність речовин діяти виключно на лімфоїдну тканину.
Нормальною вважається збалансована імунна реакція організму на антигени. Наслідками імуннотоксичної дії ксенобіотиків є:
– пригноблення імунної відповіді (імуносупресія);
– формування гіперчутливості до антигенів (алергізація);
– ініціація аутоіммунних процесів.
Імунносупресія
Імунносупресія – це придушення імунної відповіді організму на антигени. Властивостями імунносупресорів володіють численні ксенобіотики, що порушують процеси клітинного ділення, клітинного диференціювання, гальмуючі синтез білка. До них, зокрема, відносяться: алкілуючиі агенти, аналоги пуринових і піримідинових основ, антагоністи фолівої кислоти (антибіотики), кортикостероїди і ін.
До алкілуючих агентів належать, крім отруйних речовин (сірководень, азот, кисневий Іприт) і деякі лікарські засоби, наприклад, циклофосфамід, хлорамбуцил, алкеран, бусульфан і т.д. Речовини цієї групи пригнічують як клітинний, так і гуморальний імунітет. Алкілуючі агенти атакують протеїни і нуклеїнові кислоти клітин , що знаходяться в будь-якій з фаз клітинного циклу (цикло-неспецифічні агенти). Результатом пошкодження макромолекул (залежно від тяжкості поразки і клітинної активності) є: загибель, порушення ділення і дозрівання імуннокомпетентних клітин і їх попередників, пригноблення синтезу антитіл і медіаторів імунного процесу. В зв’язку з цим імунотоксична дія алкілуючих агентів відносно специфічного антигена виникає при їх одноразовому надходженні в організм в період від перших, до 15 діб після дії.
Найбільш відомі імуносупресори – аналоги пуринових основ, це 5-фторурацил, 6-меркаптопурин і азатиоприн (1-метил,4-нітро,5-імидазол) тіопурин
Механізм дії у речовин цієї групи практично однаковий. Будучи структурними аналогами природних метаболітів, позбавленими разом з тим необхідних властивостей останніх, вони блокують метаболізм біологічно активних речовин, заміщають їх в макромолекулярних комплексах, порушуючи функції, що виконуються цими комплексами. Зокрема в організмі порушується біосинтез аденолової і гуанілової кислот, ДНК і РНК, а також процеси, що протікають за участю ферментів, коензимами яких є пуринові основи. Чутливими до дії токсинів є, перш за все, клітини, в яких активізовані процеси синтезу ДНК (реплікація) і РНК (транскрипція), тобто ділення, що знаходяться у фазі, і що активно синтезують білок. В зв’язку з цим при інтоксикаціях речовинами цієї групи більшою мірою страждає клітинний клітковий імунітет. Токсини ушкоджують проліферуючі лімфоцити. Порушується також і синтез антитіл, перш за все IGG. Максимальний імунносупресивний ефект виникає при їх введенні через 1 – 2 дні після дії антигена.
Антагоністи фолівої кислоти (наприклад, метотрексат) пригнічують утворення тетрагідрофолівої кислоти в організмі, яка необхідна для синтезу пурину, тимідилової кислоти, деяких амінокислот. Блок утворення тимідолової кислоти приводить до порушення біосинтезу ДНК. В зв’язку з цим антагоністи фолівої кислоти діють на клітини що знаходяться у стадії інтенсивної проліферації, блокуючи їх розмноження.
Механізм дії глюкокортикоїдів і близьких по будові споруда речовин на імунну систему до кінця не з’ясований. Ці речовини пригнічують фагоцитоз, цитоліруючу активність лімфоцитів, синтез антитіл (неспецифічне пригнічення синтезу протеїнів на рибосомах) і т.д.
Імуносупресивна дія більшості токсинів, виявлена в експерименті або в умовах клініки, до теперішнього часу не пояснено.
Як механізми природженої резистентності, так і імунітет можуть бути істотно пригнічені і навіть повністю знищені дією деяких отруйних речовин, промислових і екотоксинів, лікарських засобів. Крім структурних пошкоджень, ксенобіотики можуть викликати функціональні зрушення з боку імунокомпетентних клітин, наприклад, змінювати їх здібність до диференціювання, порушувати експресію або рестрикцію основного антигенного комплексу тканинної сумісності, послаблвати здатність плазматичних клітин виробляти антитіла (головним чином IGM, IGG) і т.д. Виявити ці зміни у людей деколи буває дуже складно, а їх наслідки можуть мати велике значення для стану здоров’я.
Наслідки імуносупресії для організму варіюють в широких межах, від загрозливих життю станів, до ефектів, що ледве виявляються за допомогою спеціальних методів.
Так, при обстеженні осіб, що піддалися дії полігаленових біфенілів, виявляються ознаки стійкою, вираженою імуносупресії. При цьому в групі з пониженим імунітетом частіше зустрічалися новоутворення (10,7%, проти 0,5% у осіб обличчя,лице з нормальним імунним статусом). Подальше дальший спостереження за цими людьми дозволило виявити і інші следствия імунносупресії, зокрема схильність до інфекційних захворювань.
Гематотоксичність – це властивість хімічних речовин, діючи на організм немеханічним шляхом, вибірково порушувати функції клітин крові або її клітинний склад (як у бік зменшення, так і збільшення числа формених елементів). Найважливішими функціями клітин крові є: транспорт кисню, гемостатична, забезпечення імунітету. Порушення числа формених елементів може стати наслідком прямого руйнування клітин в кров’яному руслі, пошкодження процесів клітинного поділу і дозрівання в кровотворних органах, надходження зрілих елементів в кров.
Частими проявами гематотоксичності є: порушення властивостей гемоглобіну (метгемоглобінемія, карбоксигемоглобінемія); анемії (зокрема гемолітичні); тромбоцитопенії, лейкопенії, лейкемії.
Здебільшого клітинні дискразії, викликані токсикантами, зворотні і зникають після припинення дії речовини. Проте зустрічаються і персистуючі форми, що закінчуються летальним наслідком у разі в разі важкого пошкодження кісткового мозку.
1. Гемопоез
Гемопоезом називається процес ампліфікації і диференціації клітинних елементів крові, в ході якого обмежену кількість стовбурових клітин дає початок більш диференційованим клітинам, що діляться, які, у свою чергу, перетворюються на ті, що дозрівають, а потім і зрілі формені елементи. “Родоначальницею” клітин є поліпотентна стовбурова клітина (ПСК), при діленні якої утворюються клітини – попередниці всіх клітинних елементів. Після закінчення ембріогенезу ПСК залишається єдиним елементом, що відповідає за репродукцію клітин крові. У нормі у дорослої людини гемопоез здійснюється в кістковому мозку, який представлений кластерами гемопоетичних клітин розсіяних в епіфізах трубчастих кісток, плоских кістках черепа, грудині, хребцях, кістках тазу, ребрах. Навіть за умов екстремального гемопоетичного стресу, що розвивається, наприклад, при трансплантації кісткового мозку, екстрамедулярне кровотворення в печінці, селезінці, лімфатичних вузлах у дорослого виникає украй рідко. Пул гемопоетичних клітин-попередників і пул зрілих формених елементів крові знаходяться в стані динамічної рівноваги, при якій загибель і руйнування зрілих клітин урівноважено постійною продукцією і виходом в кров молодих. В середньому, у дорослої людини в добу руйнується і заново утворюється від 200 до 400 млн. клітин крові. Пошкоджувальна дія на процес гемопоеза супроводжується не тільки загибеллю, порушенням диференціації і дозрівання клітин, але і активацією значної частини стовбурових клітин, в нормальних умовах тих, що знаходяться в стані спокою.
2. Порушення функцій гемоглобіну
Одна з найважливіших функцій крові – транспорт кисню від легень до тканин. Транспорт кисню здійснюється двома способами:
– у формі сполуки з гемоглобіном;
– у формі розчину – плазмою.
У розчиненому стані плазмою крові переноситься близько 0,2 мл кисню на 100 мл крові. У зв’язаній з гемоглобіном формі еритроцити переносять в 100 разів більше кисню (20 мл на 100 мл крові).
В результаті взаємодії кисню з гемоглобіном утворюється нестійка сполука оксигемоглобін (HbО) (малюнок 1).
Малюнок 1. Крива насичення гемоглобіну киснем
При підвищенні парціального тиску кисню в середовищі (сатурація крові в легенях) вміст НbО збільшується і при 100 mmHg наближається до 100%. При пониженні парціального тиску О2 (у тканинах) НbО розпадається, при цьому кисень виділяється в середовище і утилізовується тканинами організму. Процес насичення і віддачі гемоглобіну О2 описується S-образною кривою. Така форма залежності між рО2 і %НbО є наслідком явища взаємодії субодиниць гемоглобіну в молекулярному комплексі (гем-гем взаємодія), фізіологічний сенс якого – забезпечення максимально можливого виділення кисню в тканині при незначній відмінності парціального тиску газу в крові і тканинах (рО2 крові – близько 40 mmHg; рО2 тканин – близько 20 mmHg; виділяється близько 50% зв’язаного кисню).
У нормі на спорідненість кисню до гемоглобіну впливають численні чинники. Серед основних: рН, рСО2 (ефект Бора), біорегулятори процесу дисоціації оксигемоглобіну (2,3-дифосфогліцерат).
З сказаного ясно, що речовини, які взаємодіють з гемоглобіном і змінюють його властивості, істотно порушуватимуть транспортні властивості крові, викликаючи спричиняючи розвиток гіпоксії гемічного типу.
2.1. Метгемоглобіноутворення
В процесі життєдіяльності залізо гемоглобіну постійно окислюється окислятися , перетворюючись з із двовалентної в тривалентну форму. Гемоглобін, залізо якого тривалентне, називається метгемоглобіном. Метгемоглобін не бере участь в транспорті кисню, тому в нормальних еритроцитах постійно йде процес відновлення метгемоглобіну, що утворюється, в гемоглобін. Еритроцити, що містять метгемоглобін, схильні до гемолізу. Фізіологічний рівень метгемоглобіну в крові – менше 1%. Високий вміст метгемоглобіну, що розвивається як правило в результаті дії деяких токсикантів, приводить до порушення кисень-транспортної функції крові, а через деякий час і гемолізу, що супроводжується зниженням парціального тиску кисню в тканинах, розвитку важкої гіпоксії.
Підтримка метгемоглобіну на рівні менше 1% забезпечується двома фізіологічними механізмами.
Перший пов’язаний з відновленням або зв’язуванням ксенобіотиків- окислювачів до моменту їх дії на гемоглобін. Так, у присутності ензиму глутатіонпероксидази (ГПО) відновлений глутатіон взаємодіє з молекулами-окислювачами, що потрапили в еритроцити, запобігаючи їх метгемоглобіноутворюючій дії. Недостатність субстратів, що підтримують вміст оксидантів в еритроцитах на низькому рівні, може привести до накопичення цих речовин, помірної метгемоглобінемії, гемолізу і появи в крові тілець Гейнца. Тільця Гейнца є продуктами денатурації гемоглобіну. Механізм, за допомогою якого окислювачі викликають їх утворення і взаємодію цього процесу з метгемоглобіноутворенням залишаються не з’ясованими.
Другий механізм забезпечує відновлення метгемоглобіну, що утворився в крові, до гемоглобіну за участю двох ферментативних систем (малюнок 2).
Малюнок 2 Механізми відновлення метгемоглобіну
У обох системах донорами електронів (редукуючі агенти) є продукти анаеробного етапу метаболізму глюкози і гексозомонофосфатного перетворення. Оскільки в еритроцитах відсутні ензими циклу трикарбонових кислот і ланцюг дихальних ферментів, єдиними джерелами енергії в клітинах є якраз гліколіз і гексозомонофосфатний шунт. У кількісному відношенні більш значущими є механізми пов’язані з гліколізом (95% відновній активності in vivo; 67% загальній відновній активності in vitro). Основним донором електронів для процесу відновлення метгемоглобіну є відновлений нікотинамідаденіндинуклеотид (НАДН). Система досягає повного розвитку до 4 місяця життя новонародженого.
В процесі гексозомонофосфатного перетворення під впливом гексозо-6-фосфатдегідрогенази (Г-6ф-ДГ) утворюється відновлений нікотинамідаденіндинуклеотид фосфат (НАДФН), який не тільки бере участь в перетворенні метгемоглобіну на гемоглобін у присутності НАДФН-метгемоглобінредуктази, але і переводить окислений глутатіон у відновлену форму (останній зв’язує ксенобіотики-окислювачі – див. вище). Тому недостатність НАДФН також може супроводжуватися утворенням тілець Гейнца.
Причини метгемоглобіноутворення
Метгемоглобінемією називається стан, при якому в крові визначається більше 1% метгемоглобіну. Метгемоглобінемія буває вродженою і набутою. Набута метгемоглобінемія розвивається в результаті дії на організм деяких ліків, промислових і екотоксикантів, які або безпосередньо окислюють залізо, що входить в структуру гемоглобіну, або метаболізують в організмі з із утворенням реактивних продуктів, що володіють цією властивістю
Швидкість утворення метгемоглобіну у різних експериментальних тварин при введенні їм речовин, що піддаються в організмі активації, як правило істотно відрізняється (таблиця 2).
Здатність деяких ароматичних амінів викликати метгемоглобінемію у різних експериментальних тварин
Вроджена метгемоглобінемія є наслідком дефекту структури молекули гемоглобіну (М-гемоглобін), або недостатності ряду редуктаз.
Вроджена метгемоглобінемія
Вроджена метгемоглобінемія може бути обумовлена синтезом в організмі гемоглобіну М. Гемоглобін М є зміненою молекулою гемоглобіну, з незвичайним амінокислотним складом або субодиниць глобіну. При всіх варіантах порушень структури глобіну залізо пігменту знаходиться в тривалентному стані. Ні фізіологічні, ні такі, що вводяться відновники (аскорбінова кислота, метиленовий синій) не зменшують вміст метгемоглобіну в крові. Це спадкова патологія, що передається по механізму гетерозиготної аутосомної домінанти. У хворих рівень метгемоглобіну в крові складає 25 – 30%. Клінічно патологія виявляється тільки вираженим ціанозом. Гомозиготна патологія не сумісна з життям, оскільки весь гемоглобін, що синтезується в організмі, в цьому випадку, представлений уявлений метгемоглобіном.
Найбільш частою причиною вроджених метгемоглобінемій є дефіцит НАДН-метгемоглобінредуктази. Хворі з дефектом цього ензима справляються з перманентним утворенням метгемоглобіну в нормальних умовах за рахунок еритроцитарної НАДФН- метгемоглобінредуктази і редукуючих субстратів. Ця патологія також генетично обумовлена і передається як по гетерозиготному, так і по гомозиготному механізму.
Рівень метгемоглобіну в крові у пацієнтів з гомозиготною недостатністю складає 10 – 50%. Клінічно патологія виявляється ціанозом. Крім того у хворих із вмістом метгемоглобіну 40% і більш наголошується диспное, швидка стомлюваність, частий головний біль. Щоденний прийом метиленового синього або великих доз аскорбінової кислоти дозволяє підтримувати метгемоглобінемію на рівні 10%. У хворих з гетерозиготною недостатністю НАДН- редуктази рівень метгемоглобіну в крові – до 2%, проте вони надзвичайно чутливі до дії метгемоглобіноутворюючих токсикантів.
Вроджений дефіцит НАДФН-редуктази зустрічається рідко. Оскільки ензим має невелике функціональне значення, в крові спостерігається нормальний вміст гемоглобіну.
При вродженому дефіциті Г-6Ф-ДГ виникає понижений вміст НАДФН і глутатіону в еритроцитах. У цих умовах підвищується вміст оксидантів в клітинах, що викликають утворення метгемоглобіну, гемоліз, анемію, поява в крові тілець Гейнца. У таких осіб особливо важко протікають інфекційний або токсичний процеси. Нерідко розвивається гострий гемолітичний криз, особливо при дії токсикантів з властивостями оксиданта. У цих ситуаціях призначенню відновників не запобігає бурхливому розвитку метгемоглобіноутворення.
Набута метгемоглобінемія
Метгемоглобінемія розвивається в тих випадках, коли швидкість утворення метгемоглобіну під впливом токсикнатів перевищує швидкість його зворотного перетворення на гемоглобін. В зв’язку з цим тяжкість патології визначається швидкістю надходження ксенобіотика в організм, а потім в еритроцити, його окислювальним потенціалом, дозою, швидкістю елімінації. Якщо діючим агентом є не початкова речовина, а продукт його метаболізму, то глибина патологічного процесу залежить також від інтенсивності процесу біоактивації. Хімізм реакції метгемоглобіноутворення для більшості токсикнатів не встановлений.
Коротка характеристика деяких токсикнатів
Анілін
Анілін – в’язка, безбарвна рідина, що темніє на світлі і повітрі. Застосовується у виробництві лікарських речовин, антиоксидантів, фотоматеріалів, барвників і ін.
Діючи інгаляційно, через шкіру і шлунково-кишковий тракт анілін може викликати важку патологію. Крім метгемоглобінемії розвивається гемолітична анемія з утворенням тілець Гейнца.
Механізм дії аніліну до кінця не встановлений. Відомо, що in vitro, при інкубації з суспензією еритроцитів, речовина не викликає метгемоглобіноутворення. Разом з тим, метаболіти аніліну: фенілгідроксиламін, 2-амінофенол, 4-амінофенол – викликають утворення метгемоглобіну in vitro. Вважають, що з урахуванням швидкості накопичення кожного із згаданих метаболітів в організмі і їх індивідуальній активності, відносне значення фенілгідроксиламіну, 2-амінофенолу і 4- амінофенолу в утворенні метгемоглобіну при отруєнні аніліном може бути оцінено відповідно, як 100:4:1 (малюнок 3).
Малюнок 3. Схема метаболізму аніліну
Оскільки анемія розвивається через декілька діб після гострої інтоксикації аніліном, по завершенні лікувальних заходів з приводу метгемоглобінемії, отруєні аніліном повинні знаходитися під спостереженням лікаря протягом відносного тривалого часу.
Дапсон (4,4-діамінодифенілсульфон)
Дапсон – синтетичний сульфон, що структурно нагадує сулфаніламіди (малюнок 4).
Структура дапсону
Препарат використовують для лікування лепри, герпетиформних дерматитів, профілактики малярії (комбінований препарат Маолірім), гангренозних піодермітів, пустульозного псоріазу, плоского лишаю і т.д. Останніми роками препарат, спільно з сульфаметаксозолом, застосовують для лікування запалення легенів, викликаного Pneumocystis carinii, у хворих СНІД.
Токсичність дапсону пов’язана з формуванням в ході його метаболізму гідроксиламін-похідних, метгемоглобіноутворювачами, що є (див. вище). Терапевтичний індекс препарату низький і дози більше 200 мг/кг при тривалому прийомі можуть стати причиною анемізації з утворенням характерних тілець Гейнца. З метою недопущення утворення метгемоглобіну в крові хворих іноді вдаються до тривалого введення метиленового синього. В результаті передозування дапсону може розвинутися і сульфметгемоглобінемія. Сульфгемоглобін – продукт необоротного окислення гемоглобіну деякими токсикантами. Гемоліз, як правило, розвивається через 6 – 9 днів після дії токсиканта. Максимум летальних наслідків виникає на 4 – 6 доби. Понизити вираженість інтоксикації вдається шляхом промивання шлунку, призначенням великих доз активованого вугілля. Ефективність гемоперфузії, гемодіалізу, форсованого діурезу не доведена.
Імуносупресія і інфекція
У осіб з порушеним імунним статусом нерідко розвивається опортуністична інфекція. Встановлено, що такі экополлютанты, як озон, оксиди азоту, діоксид сірки істотно підвищують чутливість організму до інфекції. Приєднання вторинної інфекції постійно наголошувалося у осіб обличчя,лице , уражених в ході військових конфліктів сірчистим Іпритом. Оскільки клиаренс екстрацеллюлярних патогенних мікроорганізмів визначається взаємодією лейкоцитів, антитіл і комплемента, а інтрацеллюлярних в основному клітинними механізмами імунітету, є можливість вказати, який тип інфекційних ускладнень найбільш вірогідний, якщо відомий механізм ушкоджувальної дії токсину. Підвищення чутливості до інфекції у отруєних може бути наслідком пошкодження і механізмів природженої резистентності.
Імуносупресія і канцерогенез
В даний час отримані дані, підтверджуючі зв’язок між пошкодженням імунною системою (імуносупресія, імунодефіцит) і вірогідністю розвитку деяких видів неоплазми Обмеження пухлинного зростання в організмі забезпечується механізмами природженої і придбаної набутий резистентності. Провідна роль в цьому, як вважають, належить клітинам – Т-кілерам. Двояку роль грають макрофаги: неспецифічну, як фагоцити, і специфічну, беручи участь в активації лімфоцитів. Такі уявлення грунтуються на двох посилках: а). Клітини пухлини і нормальні клітини організму мають різний антигенний портрет; би). Імунна система реагує з модифікованими клітинами пухлин, як з клітинами чужорідних тканин. Отримані дані, згідно яким лімфоцити беруть участь в регуляції процесу диференціації цілого ряду клітинних популяцій. Це здійснюється шляхом постійної оцінки клітин, що знов знову,щойно утворилися в організмі, і визначення ступеня модифікації їх антигенних властивостей. Селективно просуваючи оборот не модифікованих клітин, лімфоцити перешкоджають накопиченню клітин навіть з незначними фенотипічними відхиленнями. Пухлинне зростання у такому разі може бути наслідком “вислизання” модифікованих клітин з-під контролю лімфоцитів. Як у дослідах на тварин, так і в умовах клініки отримані дані, що свідчать на користь таких уявлень. Так, виникає високий відсоток розвитку новоутворень (лімфом, лейкемії, раків шкіри і губ і ін.) у хворих з імунодефіцитом; виявляється тісний зв’язок між дією чинників, що пригнічують імунітет, таких як тимектомія, опромінювання, інтоксикації, і збільшенням швидкості пухлинного росту і метастазування у експериментальних тварин. Встановлено, що канцерогени пригнічують імунітет. Так, при інтоксикації бенз(а) піреном виникає істотне зниження показників клітинного імунітету При цьому позбавлений канцерогенності аналог токсину – бенз(е) пірен, імунітет не пригнічує.
Характеристика стану гіперчутливості
Порушення, що супроводжуються гіперчутливістю до антигенів, є найбільш частою формою проявів імунотоксичності у людини. Гіперчутливість можна визначити як надмірну по інтенсивності реакцію організму на антиген або істотне пониження порогу чутливості до даного антигену. В даний час в світі станом гіперчутливості страждають декілька десятків мільйонів людей, причому близько 10% потребують медичної допомоги. Часто причиною патології є лікарські речовини. Так, близько 5% загального числа госпіталізацій пов’язано з прийомом ліків. Для позначення реакції гіперчутливості запропоновано декілька термінів.
1. Термін “алергія” введений Pirquet в 1906 році. Цим терміном позначалася змінена реакція організму на повторну дію чинника. В даний час термін “алергія” іноді розглядають як синонім терміну “гіперчутливість”.
2. Термін “анафілаксія” запропонований Porter і Richet в 1902 році для позначення побічної реакції, що виникала на кінську сироватку, що вводилася з лікувальною метою інфекційним хворим. В даний час під анафілаксією розуміють гостру реакцію організму на чужорідний агент, що включає як імунний, так і запальний компоненти.
3. Термін “атопія” запропонований Coca в 1920 році для опису численних незвичайних реакцій, що розвиваються у людей на цілий ряд агентів. Ці “дивні” реакції зараз розглядаються як алергічні. У контексті сучасної імунології атопія позначає конституціональну або спадкову схильність до розвитку станів хронічної гіперчутливості, такі як сінна лихоманка, астма і т.д., на чинники, у “нормальних” людей тих, що не викликають несприятливі явища.
Симптоми алергічних реакцій на токсикант повністю відрізняються від проявів інтоксикації цією ж речовиною. Більш того, одна і та ж речовина у різних осіб може викликати різні прояви алергозу, і навпроти, речовини з абсолютно цілком різною хімічною будовою можуть викликати схожу картину алергічної реакції. Ще однією важливою особливістю алергій на токсин є відсутність залежності між вираженістю реакції і величиною впливаючої дози (відсутність залежності “доза-ефект”). Алергічні реакції є найбільш індивідуальними формами прояву імунотоксичності. Ксенобіотики, що викликають алергічні реакції у одних, абсолютно нешкідливі для інших. В зв’язку з цим виникає проблема генетичної схильності до алергії.
Формування алергічного статусу пов’язане з наявністю прихованого періоду після первинного контакту з алергеном. Услід за цим вже нікчемна доза речовини може викликати появу симптоматики. Цьому стану завжди передує етап, в ході якого відбувається проникнення антигена в організм (контакт з покривними тканинами), його розпізнавання імунокомпетентними клітинами, сенсибілізація лімфоцитів і активація процесу їх проліферації, вироблення антитіл, дисемінація їх в організмі, фіксація на клітинах, що не виробляють антитіла (огрядні клітини, базофили і ін.).
У 1950 році Gell і Coombs запропонували класифікацію алергічних реакцій, відповідно до імунних механізмів, лежачих в їх основі. нині 1 – 3 типи алергічних реакцій пов’язані з механізмами гуморального імунітету (називаються реакціями негайного типу), 4 – клітинного клітковий імунітету (називаються реакціями відстроченого типу).
Тип
Механізм
Прояви
1. Анафілактичні або атопічні реакції
Взаємодія антигена з антитілами (IGE, IgG4), пов’язаними з поверхнею мембран клітокк- ефекторів (огрядні клітини, базофили) ® вивільнення медіаторів імунної відповіді з клітин: гістаміну, чинника активації тромбоцитів (ФАТ), серотоніна, лейкотрієнів, цитокінів, простогландинів) ® фізіологічна реакція.
Анафілактичний шок
Астма
Алергічний риніт
Уртікарная сип
2.
Цитотоксичні реакції
Взаємодія антитіл (IGM, IGG, IGA) з компонентами клітинних мембран ® активація комплемента ® активація гранулоцитів, вивільнення цитокінів, лізосомальних ензимів ® загибель і руйнування клітин
Імуноцитопенії (агранулоцитоз, тромбоцитопенія, гемолітичні анемії)
Реакції, опосередковані імунним комплексом
Утворення імунного комплексу антиген-антитіло і його преципітація в тканинах ® активація комплемента ® атракція поліморфноядерних лейкоцитів ® вивільнення медіаторів імунної відповіді (катепсины Д і Е, цитокіни, лізосомальні ензими, О2-радикалы) ® цитотоксичні реакції
Реакція Артюся
Гломерулонефрит, Пневмоніти
Сироваткова хвороба і т.д.
Реакції, опосередковані клітинними ефектами
Взаємодія сенсибилизированных
Т-лімфоцитів з антигеном ® атракція макрофагів до місця взаємодії ® вивільнення медіаторів імунної реакції ® фізіологічна реакція
Контактні дерматити
Екзема
Аутоіммунні реакції
Алергічна реакція першого типу протікає в три етапи:
– взаємодія антигенів із специфічними антитілами, фіксованими на клетках-эффекторах;
– активація клітин-ефекторів (огрядні клітини, базофили) і вивільнення ними біологічно активних речовин, включаючи гістамін, серотонін, гепарин, арахідонову кислоту і т.д.;
– дія цих речовин на клітини-мішені і формування фізіологічної реакції: скорочення гладкої мускулатури бронхів (бронхоспазм), розширенню артеріол (кропив’янка), падіння артеріального тиску і т.д.
При системній дії антигена (попадання в кров) реакція, як правило, носить загальний характер (анафілактичний шок, генералізована висип на шкірі і інш.), при контакті з тканинами (дихальні шляхи, шкіра і т.д.) – місцевий. Таким чином, характер патології визначається органом, в якому протікає алергічний процес (судинна система, печінка, дихальна система і т.д.). Схильність органу до пошкодження визначається як токсикокинетическими (спосіб аплікації, особливості розподілу, метаболізму, виведення ксенобіотика), так і токсикодинамічними (особливості фізіології органу) чинниками. Прикладами алергічних реакцій цього типу є алергічний риніт, астма, атопічні шкірні реакції (наприклад, кропив’янка кропивниця ) на дію деяких хімічних речовин (наприклад, речовини дратівливої дії).
Реакція другого типу проходить за участю комплемента і приводить до пошкодження антитілами клітинних мембран, модифікованих токсином Процес супроводжується активацією субпопуляції клітин-кілерів, фагоцитів, і завершується руйнуванням клітин і їх фагоцитозом. Такий механізм лежить в основі поразки деякими ксенобіотиками формених елементів крові.
Третій тип алергічної реакції обумовлений освітою стійкого, тривало перенесеного в організмі комплексу антиген-антитіло. Цей комплекс активує систему комплемента, а потім макрофаги, нейтрофіли, тромбоцити і інші клітини, що беруть участь у формуванні запального процесу. Класичними прикладами реакцій даного типу є реакція Артюса (місцевий процес), сироваткова хвороба (системний процес), алергічні пневмонії.
Гіпереактивний пневмоніт це феномен, що включає цілу групу станів, пов’язаних з алергізацією організму органічним пилом, а також деякими низькомолекулярними з’єднаннями сполучення,сполука . Зазвичай звично хворі скаржаться на напади задухи, лихоманку, кашель, загальне нездужання. Симптоми з’являються через 4 – 6 годин після дії алергену і спостерігаються протягом 12 – 24 годин. На рентгенограмі виявляються ознаки інтерстиціального набряку легенів, іноді ділянки інфільтрації тканини. Гіпереактивні пневмоніти характеризуються поряд загальних рис: а). Переважне залучення до патологічного процесу дихальних шляхів; би). Розвиток інтерстиціального мононуклеарного інфільтрату, що заповнює альвеоли (Т-супресори, цитотоксические лімфоцити, макрофаги) і що прогресує в гранулему; у). Значна активація в тканинах Т-лімфоцитів і макрофагів; г). Захворюванню супроводить високий рівень преципітуючих антитіл до алергенів в крові, а в бронхіальному лаваже підвищений зміст IGG, IGA, IGM і лімфокінів. Формування цього гранулематозного-запального процесу в легенів багато в чому обумовлено генетично детермінованим порушенням механізмів регуляції імунної системи.
Алергічна реакція четвертого типу пов’язана з сенсибілізацією Т-лімфоцитів. Пасивну передачу стану гіперчутливості даного типу від однієї експериментальної тварини іншому можна здійснити тільки за допомогою трансплантації лімфоцитів, але не плазми крові (у відмінності від реакцій 1 – 3 типів). Сенсибілізованим лімфоцити атакують гаптен або продукт взаємодії гаптена з білковими структурами тканин, що супроводжується виділенням лімфокінів – активаторів клітинних реакцій, атрактантів лейкоцитів і інших біологічно активних речовин. У результаті, при вираженому процесі в місці поразки утворюються обширні инфильтраты, схильні до некротизації. При внутрішньовенному введенні антигена можливий розвиток шокоподібного стану. Місцеві реакції можуть розвиватися в різних органах, наприклад, в щитовидній залозі, надниркових, кишечнику, печінці, нервовій системі, шкірі і т.д. По цьому механізму формуються зокрема алергічні контактні дерматити (АКД). У чутливих людей цілий ряд синтетичних речовин, що зустрічаються в природі, може викликати АКД (див. розділ “Дерматотоксичність”). Антибіотики, мазі, косметика, суміші розчинників, фарби і ін., всі ці агенти можуть стати причиною захворювання. Сенситізація може розвинутися в результаті одноразової або повторної дії алергену; у ряді випадків процесу передує багаторічний контакт з речовиною. Антигени, що викликають даний тип реакції, як правило, високоактивні з’єднання, розчинні у воді, здатні коньюгіровать з протеїнами шкіри з утворенням комплексних антигенів, що розпізнаються імунною системою як “чужорідне”. Епідермальні макрофаги (клітини Лангерганс), як вважають, грають ключову роль в процесії антигена і презентації його Т- лімфоцитам. Ранні стадії АКД характеризуються еритемою і набряком. Міжклітинний набряк прогресує з утворенням везикулярних елементів, які, розкриваючись, утворюють мокрі поверхні. Тяжкість стану може наростати протягом декількох діб після припинення дії алергену. Загоєння проходить протягом 2 – 4 тижнів. Одного разу виникнувши, сенсетизація зберігається протягом тривалого часу. Подальший контакт навіть з малою кількістю алергену, запускає процес. Системне надходження алергену в організм може викликати у людини важку генералізовану шкірну реакцію.
Псевдоалергічні реакції
Різні хімічні речовини, діючи на організм, деколи викликають стани, алергічні реакції, що надзвичайно нагадують, і що виявляються широким спектром порушень від шкірного висипу до астми і анафілаксії. При цьому лабораторними методами не вдається виявить участь в процесі імунологічних механізмів. Молекулярні механізми таких феноменів повною мірою не ясні. Не виключено, що деякі ксенобіотики обходять звичайний двохстадійний процес активації оглядних клітин (фіксація на поверхні клітин антитіл; взаємодія антигена з фіксованими антитілами). В цьому випадку дегрануляція і вивільнення біологічно активних речовин відбувається унаслідок безпосереднього руйнування огрядних клітин (цитотоксична дія).
Імуногени і алергени
Молекули, що викликають імунну відповідь організму, називаються імуногенами. Ідентифікація імуногена може бути здійснена за допомогою моноклональних антитіл. Як правило, алергія розвивається при дії саме імуногенів, тобто високомолекулярних з’єднань, природних повних антигенів. Проте стає все більш очевидним, що багато низькомолекулярних речовин (виробничі токсиканти, ліки, косметика, екополютанти і т.д.) також можуть викликати стан гіперреактивності, тобто виступити як алергени.
Ще з часів Ландштейнера відомо, що за певних умов можливе формування імунної реакції на введення низькомолекулярної речовини, проте за умови, що воно вступить у взаємодію з високомолекулярним носієм з утворенням так званого комплексного антигена. Таким чином, важливими моментами, що визначають вірогідність розвитку алергії, є хімічні властивості, сенсибілізуюча доза речовини і тривалість контакту. Для того, щоб викликати імунну відповідь низькомолекулярна речовина повинна володіти властивостями гаптенів, тобто, з одного боку, мати можливість взаємодіяти з ендогенними структурами організму, антигенними властивостями, що володіють, а з іншою, так модифікувати їх, щоб сенсибілізовані цим комплексним антигеном лімфоцити виробляли антитіла, здатні розпізнавати саме токсикант. Не рідко алергенами є не самі речовини, а продукти їх метаболізму. Мабуть, існує прямий зв’язок між хімічною реакційною здатністю здібність і сенсибілізуючою активністю речовини. Токсини, створюючи оборотні зв’язки з білками крові не є алергенами.
В даний час встановлено, що в імунній відповіді на комплексний антиген беруть участь як Т-, так і В- лімфоцити. При цьому В-клітини розпізнають гаптен, а Т-клітини – макромолекулярний носій. Цей принцип реалізується і при формуванні реакції на природні антигени. Антигени, що активують імунну реакцію тільки через взаємодію з Т-клітинами, називаються Т-залежними антигенами. Антигени, що активують імунологічний процес шляхом взаємодії тільки з В-клітинами, називаються В-залежними антигенами. Кількість речовин, що діють виключно через Т- і В- лімфоцити, вкрай мало.
Як вказувалося вище, як носій гаптена можуть виступати різні макромолекули: білки, поліпептиди, полісахариди. Особливою реакційною активністю при утворенні зв’язків з носієм володіють з’єднання, що мають в структурі аміно-, нітро-, азо-, карбонові і деякі інші групи. Як вже вказувалося, у взаємодію з носієм може вступати не початковий ксенобіотик, а продукт його метаболізму. Такий механізм формування комплексного антигена, зокрема, при дії на організм похідних р-амінобензолу. Імовірно в ході метаболічних перетворень відбувається гідроксильні або окислення NH2-группи речовини. Активні радикали, що утворюються, легко вступають у взаємодію з сульфгідрильними і іншими функціональними групами молекул-носіїв з утворенням ковалентних зв’язків
Подібні речовини викликають алергічні реакції на цілу групу з’єднань, що пояснюється близькістю їх будови.
р-амінобензол і його похідні
Сукупність близьких по будові алергенів утворює “парагрупу”. До “парагрупи” похідних амінобензолу відносяться, зокрема, сульфаніламіди, похідні фенотіазину, ацетаніліди, азобарвники, пікринова кислота і ін.
Іншими добре відомими алергенами є речовини, також здатні утворювати міцні ковалентні зв’язки з білками. Це ціаніди, тіоціаніди, ізотіоціаніди, альдегіди, галогеновмісні речовини, тіоглюколати. До алергенів належать також іони іон металів Ni, Co, Zn, Hg, Ag, Cr і ін.
Особливий вид алергії, що викликається ксенобіотиками, представляє уявляти фотоалергія. В даному випадку утворення міцного зв’язку між молекулою білка і гаптеном, що накопичився в шкірі, активується в результаті фотохімічного перетворення останнього, як правило, при дії ультрафіолетових променів. У клінічній практиці нерідко зустрічаються з фотоалергічними реакціями на хлорпромазин, псорален, сульфаніламідні препарати і ін. (див. розділ “Дерматотоксичність”).
Сенсибілізуючі властивості речовини можуть бути оцінені за допомогою “індексу сенсибілізації”, який є вираженою у відсотках вірогідністю розвитку алергії у осіб обличчя,лице , що контактують з речовиною. Здатність сенсибілізувати організм у різних речовин виражена не однаково. Деякі з’єднання в 90% випадків викликають алергізацію (поява висипу, набряк шкіри особи і слизистих оболонок, лихоманка), інші дають ускладнення менш ніж в 1% випадків.
Снодійний засіб
Важливий спосіб аплікації речовини. Так, Пеніцилін при прийомі через рот викликає алергічні реакції менш ніж в 1% випадків, при парентеральних способах введення вступ – в 3%, а при аплікації на слизисті – до 15%.
По частоті алергічних реакцій, що викликаються медикаментами, на першому місці коштує Пеніцилін. Механізм формування реакції в основному вивчений. Антитіла формуються на метаболіты Пеніциліну, зокрема пеніцилінову кислоту, пеніцилінову кислоту, пеніцилінам. Ці з’єднання взаємодіють з білками з утворенням міцних амідних зв’язків. Можлива перехресна алергія до інших препаратів групи Пеніциліну. Високою імуногенністю володіє цефалоспорин. При розщеплюванні -лактамного кільця препарату виявляються реактивні групи, що забезпечують взаємодію їх з білками.
Властивостями алергенів володіють похідні саліцилової кислоти, що зустрічаються у вигляді домішок в лікарських формах препарату (ангідрид ацетилсаліцилової кислоти, цис-дисаліцилід і ін.).
Приблизно у 3%, що приймають барбітурати, розвиваються алергічні реакції. Як правило, наголошуються шкірні прояви (висипи, еритема). Похідні фенотіазину викликають контактну сенсибілізацію шкіри, аутоіммунний агранулоцитоз, набряк Квінке. Найчастіше реакція розвивається у тих, що працюють на виробництвах по випуску препаратів. Алергенами також є деякі анестетики (новокаїн, прокаїн, бензокаїн), рентгеноконтрастні речовини, що викликають шкірні реакції (еритема, бульозні зміни шкіри, лихоманку), блокатори адренорецепторів (ураження очей, серозних оболонок).
У більшості людей при дії імуногенів відбувається сенсибілізація клітин, виробляються антитіла. Проте далеко не у всіх розвиваються гіперреактивні реакції. Схильність до розвитку гіперреактивних станів, що виявляється у деякої частини популяції людей, пояснюється генетично обумовленими особливостями людини (див. вищий). Це ще більш ускладнює роботу по контролю за якістю середовища середа і забезпеченню здоров’я населення, оскільки у високо чутливих сенсибілізованих осіб несприятливі ефекти можуть розвиватися від доз токснів значно нижче допустимих.
– речовина або його метаболіти є повними антигенами;
– речовина або його метаболіти є гаптенами, здатними утворювати з білками крові імуногенні і аутоантигени;
– речовина або його метаболіти ковалентно зв’язуються з макромолекулами легенів, шкіри, шлунково-кишкового тракту і т.д.;
– речовина безпосередньо ушкоджує імунну систему, активуючи В-лімфоцити, Т-лімфоцити, збільшуючи співвідношення хелперів/ супрессорів;
– пошкодження органу хімічною речовиною з вивільненням “прихованих” антигенів, що перетворюються таким чином на аутоантигени;
– ксенобіотик і макромолекули тканин організму мають загальні антигенні детермінанти;
Аутоімунні процеси
Розпізнавання “чужорідного” і формування біологічної реакції на нього – основна функція імунної системи. Для того, щоб реагувати на чуже, імунна система повинна розпізнавати і “своє”. Поломки в механізмах, що дозволяють імунокомпетентним структурам відрізняти своє від чужого лежать в основі аутоіммунних процесів. Кількість хвороб і синдромів, в основі яких лежать аутоіммунні процеси невпинно зростає. Раніше як пусковий механізм розглядали дію, перш за все, інфекційного чинника. В даний час не менше значення надається хімічним агентам.
Наявні дані свідчать, що аутоіммунні захворювання є з’являтися,являтися наслідком кількісних порушень окремих сторін і в нормі протікаючих процесів: збільшення кількості проліферуючих стовбурових клітин, продукованих антитіл, комплексів, що утворюються, антиген-антитіло (імунні комплекси). Вважають, що захворювання є наслідком поєднаної дії ряду причин, включаючи генетично обумовлену індивідуальну схильність, супутні дії середовища, механізмів регуляції імунної системи. Так, у тварин, з викликаним в експерименті аутоімунним процесом виявляється дефект клітин- супрессорів.
Аутоіммунні захворювання підрозділяються на орган-специфічні і орган-неспецифічні. Обидва процеси запускаються нормальними антигенами власного організму, або антигенами, модифікованими дією екзогенних чинників. Оскільки хімічні речовини можуть з одного боку, вступаючи у взаємодію з макромолекулами організму змінювати їх антигенні властивості (див. вищий), а з іншої – істотно змінювати процеси активації лімфоцитів, синтезу антитіл, продукцію цитокінів, не дивно, що результатом взаємодії організму і ксенобіотика можуть стати аутоіммунні захворювання (таблиця 9). Ртуть, диелдрин, метилхолантрен – відомі стимулятори аутоіммунних реакцій.
Синдроми
Відповідні асоційовані антигени
Системний червоний вовчак
Однониткова і двониткова ДНК, ядерні і цитоплазматичні асоційовані антигени
Міастенія гравіс
рецепторний білок до ацетілхоліну
Аутоіммунний тиреоїдит
Тіріоглобулін
Аутоіммунна ендокринопатія
окремі гормони
Аутоіммунна гемолітична анемія
ксенобіотик, приєднаний до мембрани клітини крові
Імунна гранулоцитопенія
Імунна тромбоцитопенія
Пухирчатка
внутрішньоядерні асоційовані антигени
Сироваткова хвороба
модифіковані білки крові
Анафілаксія
Можна виділити три механізми, поки гіпотетичних, ініціації хімічними речовинами аутоіммунних захворювань:
1. Пряма дія токсину на імунну систему. Ксенобіотики можуть надавати дію на лімфоцити і макрофаги. У результаті, можливо, показане в експерименті, пригнічення активності Т-супрессорів, посилення активності Т- хелперів, активація поліклоніальних В-лімфоцитів. Так, метилдофа, взаємодіючи з Т-супрессорами, провокує розвиток аутоіммунної анемії у людини. Деякі метали, наприклад, ртуть, викликають стимуляцію поліклоніальних В-лімфоцитів.
2. Вивільнення аутоантигенів. Багато ксенобіотиків можуть порушувати цілісність біологічних структур і сприяти виходу в кров тканинних антигенів, з якими в нормі імунокомпонентні клітини не стикаються. Можливе просте збільшення кількості антигенів, в нормі циркулюючих в крові. Хронічну дію деяких металів (ртуті, золота, марганцю, кобальту і т.д.) викликаючи хронічний запальний процес в тканинах, провокують розвиток аутоіммунних реакцій.
3. Модифікація власних антигенів. Ксенобіотики, взаємодіючи з макромолекулами тканин, можуть змінювати їх конформацію, формувати в них нові детермінанти, викликати експресію “захованих” детермінальних груп. У результаті ці структури перестають сприйматися імунною системою як “свої”. Прикладом такої взаємодії є дія дигідролазину (малюнок 7) на нуклеопротеїни.
Сечогінний засіб
Найбільш вірогідне виникнення аутоімунних захворювань при тривалій, хронічній дії токсинів на організм. Цю можливість слід мати на увазі при забезпеченні здоров’я осіб, що контактують з шкідливими чинниками на виробництвах, що проживають в екологічно несприятливих регіонах.
3. Коротка характеристика токсинів
3.1. Берилій.
Хоча берилій був відкритий ще в 18 столітті, його токсична дія виявилася лише в ХХ.
У 1945-50 роках в США реєструвалися епідемічні спалахи гострих і хронічних інтоксикацій берилієм на підприємствах по його виробництву, виплавці сплавів, виготовленню неонових ламп, а також серед населення, що проживає поблизу цих виробництв. Спочатку патологію, викликану металом, приймали за саркоїдоз, легеневе і мультисистемне захворювання невідомої етіології. В даний час захворювання гострим бериліозом на підприємствах повністю ліквідовані. Проте екологи вважають, що у зв’язку із збільшенням об’ємів використовуваного у виробництві берилію можливе зростання числа осіб, що піддаються хронічній дії. Підступність берилію, його здатність викликати реакцію сенситизації примушують дослідників і практичних лікарів рекомендувати строгий контроль за станом здоров’я всіх людей, що працюють з берилієм.
Захворювання, що виникає в результаті тривалої дії берилієм, називається хронічним бериліозом і є гранулематозним процесом, що виявляється переважно в легенів, рідше в інших органах. На відміну від гострої поразки, інтенсивність хронічної дії, мабуть, не є важливим чинником, що визначає тяжкість поразки ураження . Річ у тому, що в основі патології лежить реакція гіперчутливості до берилію, виступаючого як антиген або гаптена. Недавні дослідження показали, що сенситизація може розвинутися навіть при короткочасній дії металу в дуже малих концентраціях. Прихований період між моментом першої дії берилієм і розвитком клініки захворювання продовжується від декількох місяців до 30 років. Середня тривалість латентного періоду 6-10 років.
Порушення функцій легенів при хронічному бериліозі можуть протікати в декількох формах:
переважно обструктивний тип (приблизно у третини отруєних);
реструктивний тип (у в,біля однієї чверті потерпілих);
зниження дифузної здатністі легень (у тесті із З) при незмінених легеневих об’ємах і прохідності бронхів (у однієї третини потерпілих).
Найбільш ранній симптом – задишка при фізичному навантаженні. Часто приєднуються болі за грудиною, кашель, артралгії, підвищена стомлюваність, втрата ваги. При дослідженні виявляються двосторонні хрипи, ціаноз, пальці у формі барабанних паличок, лимфоаденопатія, ураження шкіри. У запущених випадках – правосерцева недостатність, cor pulmonale. У невеликої частини отруєних наголошуються порушення, що виявляються лише при фізичних навантаженнях у формі збільшення альвеолярно-артеріального градієнта рО2; процес без порушення функцій на тлі гранулеми в легенів і берилій-специфічних імунологічних реакцій лімфоцитів легеневого лаважа.
При дослідженні біоптатів легень у хворих виявляються гранулеми, що не розпадаються, мононуклеарні клітинні інфільтратів в інтерстиции легенів і різному ступені вираженості фіброз легенів. У бронхоальвеолярном лаваже виявляється велика кількість лейкоцитів, збільшене число лімфоцитів, підвищене співвідношення Т-хелперов до Т-супрессорам.
Крім легенів, гранулеми виявляються в печінці, селезінці, регіональних лімфатичних вузлах, миокарде, скелетних м’язах, нирках брунька , слинних залозах, кістках, шкірі.
Хронічна інтоксикація берилієм часто супроводжується супроводитися гранулематозними змінами шкірних покривів навіть в тих випадках, коли прямої дії металу на покривну тканину не було.
У 10% хворих виявляється гепатомегалія. Рідше до патологічного процесу залучається ЦНС.
У літературі є дані про одужання, що наступило без лікування. Проте на такий результат завжди мало надії. У більшості хворих поступово прогресує дихальна недостатність і правошлуночкова недостатність серця. У запущених випадках бериліозна летальність може скласти до 30%.
4. Визначення імунотоксичності ксенобіотиків
Стратегія визначення імунотоксичності полягає в послідовному вивченні в експерименті стану елементів імунної системи (від клітини до цілісного організму), в умовах дії випробовуваного токсину. Жодна окремо взята методика не є повною мірою надійній і достатній для оцінки потенційній небезпеці ксенобіотика. Зміст одного з пакетів тестів представлений в таблиці 10.
Дослідження першого етапу призначені для виявлення потенційних імунотоксикантів. Тести другого етапу дозволяють встановити механізм імунотоксичності і потенційну здатність речовини порушувати загальну резистентність організму. Зазвичай токсин вводиться мишам протягом 14 днів, хоча у разі неясних результатів введення може бути продовжене до 30 і навіть 90 діб.
Для вивчення імуносупрессорних властивостей токсинів в лабораторних умовах можуть бути застосовані тварини, заражені патогенними мікроорганізмами. З метою інфікування використовують: Listeria monocytogenes, Streptococcus pneumonia, Trypanosoma musculi, Plasmodium yoellii, вірус грипу, вірус герпесу простого і т.д. У подібного роду дослідженнях вдається оцінити стан окремих елементів імунної системи. Тривалість аналізу – 2 – 3 тижні.
Прикладом добре відпрацьованого тесту на імунотоксичність ксенобіотика, є метод введення мишам, що піддалися дії токсиканта, культури трипаносом (trypanosoma musculi). Ці трипаносоми є непаразитичними, екстрацелюлярними мікроорганізмами. Поразка мишей цими організмами на ранніх етапах зараження контролюється природженими механізмами резистентності, зокрема фагоцитозом. У пізні стадії (10 днів інфекційного процесу) контролюється механізмами антитілопереродження . Кінцевий етап (18 – 20 день) інфекційного процесу проходить під контролем як клітинного, так і гуморального імунітету. Таким чином, в одному експерименті можна визначити вплив ксенобіотика на декілька елементів імунної реакції (фагоцитоз, вироблення антитіл, клітинний імунітет). Викликані токсиномпошкодження фагоцитозу, або антитілпереродження, або механізмів клітинного імунітету, виявляються вражаючі у відповідному періоді розвитку інфекції. Ця модель достатньо чутлива і ефективна при оцінці імуносупресорних властивостей ксенобіотиків.
Оцінка потенційної здатності речовин сенсибілізувати організм проводиться в дослідах на лабораторних тваринах, як правило, на морських свинках. В даний час нині використовуються три групи тестів: Draize; Buehler; Magnusson-Kligman. Тести розрізняються способами введення токсинів: внутрішньошкірне, надшкірне і підшкірне, відповідно; використовуваними в дослідженні адъювантами, проміжками часу між сенситизацією і провокацією реакції. В даний час як найбільш специфічний і точний розглядається тест Magnusson- Kligman. З методикою проведення досліджень можна познайомитися в спеціальній літературі.
5. Виявлення імунотоксичних ефектів
Не дивлячись на численні дані про імунотоксичні властивості речовин, що отримуються на експериментальних тваринах, через складність екстраполяції, зведення про вплив речовин на людину деколи суперечливі. Крім того далеко не у всіх осіб, з ознаками імунотоксичного ураження органів (гломерулонефрит, пневмоніти, астма, алергічні дерматити, гепатити і т.д.) вдається легко виявити хімічну природу етіологічного чинника, визначити джерело дії. Достатньо складно відрізнити дисфункцію системи, як наслідок якого або захворювання або недостатності живлення, від хімічно обумовленої патології.
Тому для виявлення імунотоксичності вслід за етапом оцінки імунного статусу обстежуваних осіб, повинен слідувати прямувати етап пошуку доказу причинно-наслідкових зв’язків між виявленими порушеннями і дією токсину.
Дослідження повинні починатися з ретельного обстеження і збору анамнезу. Необхідна особлива увага приділяти виявленню класичних проявів і симптомів імунних порушень. Складні лабораторні тести можуть забезпечити детальну інформацію про стан гуморального і клітинного клітковий компонентів імунітету, комплемента, фагоцитарних функцій, проте проведення цих тестів в переважній більшості випадків абсолютно зайвою. Для оцінки стану імунної системи часто цілком досить використовувати прості скринінгові методи. Необхідно мати на увазі, що унаслідок високої лабільності імунної системи, отримувані в ході обстеження результати, характеризують її стан тільки в даний момент часу.
5.1. Оцінка імунологічного статусу
Електрофорез білків дозволяє швидко встановити чи нормально у обстежуваного зміст імуноглобулінів, чи немає дисгамаглобулінемії. Гіпогамаглобулінемія зазвичай є наслідком вторинного імунного дефіциту. Визначення імуноглобулінів дає пряму інформацію про наявність або відсутність моноклональної або поліклональної гамаглобуліноапатії. Основними типами імуноглобулінів є IGG, IGM, IGA, IGE їх визначення виправдане в тих випадках, коли частиною клінічного синдрому є алергічний компонент. Визначення специфічних антитіл методологічно складно (методи энзимсвязанной імуносорбции). Найчастіше розвивається дефіцит IGA, причому в 50% випадків при цьому відсутні ознаки патології. Функція цього імуноглобуліну – захист слизових бар’єрів організму від інфекції.
Порушення клітинного імунітету можна виявити, орієнтуючись на симптоми захворювань, що асоціюються з функціями цього механізму резистентності. Як відомо, до таких функцій належать: знищення внутріклітинних патогенних організмів, відторгнення пухлинних клітин, відстрочені реакції гіперреактивності, зокрема контактні дерматити,
аутоіммунне пошкодження органів і тканин. Найчастіше дефіцит клітинного імунітету виявляється почастішанням інфекційних захворювань вірусної і грибкової етіології.
Будь-яке зменшення числа Т-лімфоцитів, що виявляється при підрахунку формули крові, до рівня 75 – 85% від нормального значення, називається лімфопенією. Визначення числа Т-лімфоцитів різних типів проводиться виробляється,справляється шляхом підрахунку розеток, що утворюються з еритроцитами барана і за допомогою флюоресціюючих моноклональних антитіл до зрілих Т- лімфоцитів.
Тест на трансформацію лімфоцитів можна провести in vitro з використанням мітогенів (фітогемагглютинін і ін.) і розчинних антигенів, додаючи добавляючи їх до культури клітин.
Шкірні тести на відстрочену гіперреактивність можуть бути виконані з використанням звичайних антигенів, таких як антиген збудника свинки, Trichophyton, Candida ablicans. Еритематозна шкірна реакція з індурацією тканини, розміром більше
Визначення аутоантитіл може виявитися корисним при діагностиці системних захворювань сполучної тканини, активної фази хронічного гепатиту, червоного вовчаку і т.д. Антитіла, що зазвичай виявляються, специфічні відносно ядер клітин, ДНК, структурних елементів гладком’язових волокон, клітин щитовидної залози. Антитіла до ядер клітин іноді визначаються у здорових людей (особливо літнього віку), а також у хворих ревматизмом. Прояви імунної токсичності ксенобіотиків дуже часто помилково братися за аутоіммунні захворювання і хронічні запальні процеси іншої етіології.
З діагностичними цілями може бути вивчений зміст специфічних антитіл до антигенів, з якими людина, як правило, контактувала впродовж життя. До таких антитіл належать ізогемаглютиніни, антистрептолізин-О, антитіла до кору, свинки, поліомієліту і т.д. Для оцінки функціонального стану імунної системи можна використовувати метод вивчення імунної відповіді на первинний контакт з антигеном, а також вираженість вторинної імунної реакції. Звичайне дослідження проводять шляхом повторного введення тетанотоксоїда з вимірюванням титру антитіл, що виробляються. До дії імуносупресорів чутливіша імунна реакція на первинний контакт з антигеном.
Дефіцит окремих компонентів системи комплемнта може поєднуватися з із різними захворюваннями. Свідченнями для вивчення стану комплемента є: часті інфекційні захворювання, системні бактерійні інфекції, підозри на аутоіммунний процес. Ряд клінічних синдромів пов’язаний з неадекватною активацією комплемента. Це, наприклад, шкірні васкуліти, пурпуру, артралгії, артрити, гарячкові стани невідомої природи, нефрит. Зниження вмісту в сироватці крові компоненту С4 вказує вказувати на недостатню активацію системи комплемента. Активація системи комплемента і наявність високого титру антитіл указує на патологію імунного комплексу і аутоімунного процесу. Позитивна реакція на імунні комплекси, наявність аутоантитіл, активація комплемента – свідоцтва органної патології.
Повна оцінка фагоцитарних функцій імунної системи включає:
– підрахунок числа нейтрофілів в периферичній крові;
– визначення швидкості відновлення нітросинього тетразолю (НСТ) нейтрофілами;
– вивчання хемотаксису клітин;
– вивчення фагоцитарної активності;
Для виявлення порушень немає необхідності проводити всі вказані визначення. Зниження кількості поліморфноядерних нейтрофілів до рівня 1000 і нижче в 1мм3 крові зв’язано із збільшенням ризику розвитку інфекційного процесу.
Лейкопенію викликає велике число етіологічних чинників, серед них інфекція, токсинів, іонізуюче випромінювання.
Причинами нейтропенії при дії ксенобіотиків можуть бути пригнічення кісткового мозку і аутоіммунний процес, що розвивається при повторному контакті з токсином.
Токсичний ВПЛИВ НА РЕПРОДУКТИВНУ ФУНКЦІЮ. ТЕРАТОГЕНЕЗ
Репродуктивна функція здійснюється як складноорганізована послідовність фізіологічних процесів, що протікають в організмі батька, матері, плоду. Токсиканти можуть надавати несприятливу дію на будь-якому етапі реалізації функції. Складність феномена репродукції робить його вельми уразливим для ксенобіотиків. Трудність пізнання феномена полягає в тому, що порушення репродукції може бути наслідком навіть гострої токсичної дії на різні органи і системи одного з “учасників” процесу, в різні тимчасові періоди, а виявлятися лише через багато місяців, а іноді і роки, дефектами зачаття, виношування, розвитку плоду і неспроможністю організму, що росте.
ХІМІЧНИЙ МУТАГЕНЕЗ
Мутації – це успадковані зміни генетичній інформації, що зберігається в ДНК клітин. Різні чинники хімічної і фізичної природи здатні викликати мутації. Найбільш вивченими є наслідки дії іонізуючої радіації і таких речовин, як сірчистий і азотистий іприт, епоксиди, етиленимин, метилсульфонат і т.д. Хімічні речовини, які здатні викликати мутації називаються мутагенами.
Далеко не всяка модифікація молекули ДНК (мутація) є небезпечною для організму. Більш того, еволюція була б неможлива без мутацій, оскільки саме вона лежить в основі мінливості. Небезпеку представляє випадковий, ненаправлений мутагенез, як правило, що несе для організму негативні наслідки. Несприятливі ефекти мутагенезу визначаються тим, в клітинах якого типу він реалізується: статевих або соматичних, стволових і таких, що діляться або дозрівають і зрілих. Результатом грубих мутацій статевих клітин і клітин плоду, що розвивається, що діляться, є: стерильність особини, природжена патологія у потомства, тератогенез, загибель плоду. Мутації стволових соматичних клітин, що діляться, супроводжуються структурно- функціональними порушеннями тканин з безперервною фізіологічною регенерацією (система крові, імунна система, епітеліальні тканини) і канцерогенезом. Пошкодження токсикантом ДНК зрілої соматичної клітини не приводить до згубних наслідків для організму.
Основними видами мутацій, що викликаються хімічними речовинами, є: 1) точкова мутація, пов’язана з модифікацією одного нуклеотиду в структурі ДНК (заміщення нуклеотиду, випадання нуклеотиду з ланцюга, включення додаткового нуклеотиду в ланцюг); 2) хромосомна аберація, тобто зміна структури хромосом (розриви молекул ДНК, транслокації фрагментів ДНК) або числа хромосом в клітині.
1. Точкові мутації
1.1. Заміщення нуклеотиду
Мінімальним пошкодженням ДНК є заміщення нуклеотиду або нуклеотидної пари, зване точковою мутацією. Якщо нуклеотид заміщається на інший нуклеотид того ж типу, наприклад, пуринова основа на пуринову основу або пірімідинова – на пірімідинову, мутація називається транспозицією. Якщо пуринова основа заміщається пірімідиновою або навпаки, говорять про трансверсії. При дії хімічних речовин на організм точкова мутація відбувається трьома способами: шляхом хімічної модифікації нуклеотиду, дією на нуклеотиди алкилюючих агентів, включенням в ланцюг ДНК токсиканта – аналога азотистої основи.
Прикладом хімічної модифікації є зміна нуклеотиду азотистою кислотою. HNO2 здатна перетворювати цитозин на урацил або аденін в гіпоксантин. Такий тип мутації виявлений в дослідах з фагами, бактеріями, мікроміцетами. У ссавців він можливий при дії активних в хімічному відношенні речовин, перш за все на бар’єрні тканини (наприклад, епітелій шлунково-кишкового тракту).
Алкілуючими агентами називаються речовини, здатні ковалентно приєднувати алкільних радикалів до активних груп нуклеотидів ДНК. Такою здатністю володіє сірчистий і азотистий іприт, багато промислові токсиканти, лікарські (протипухлинні) препарати (похідні дихлоретиламіну: циклофосфамід,
мелфалан; похідні нітрозосечовини: кармустін, ломустін; алкилсульфонати: бісульфан; цисплатина і т.д.)
Деякі речовини, використовувані в даний час як протипухлинні засоби, є структурними аналогами пуринових і пірімідинових основ, що входять в ДНК. Поступаючи в організм, вони включаються в синтез ДНК пухлинними клітинами, заміщають генуінні нуклеотиди, викликаючи летальні мутації. Результатом цього є загибель клітин пухлин, що швидко діляться. До таких речовин належать 5- бромурацил, 5-фтордезоксиуридин, 2-амінопурин, 6-меркаптопурин і т.д. Пораження цими речовинами здорових клітин організму, що знаходяться у фазі ділення, може приводити до їх мутацій (і згубним наслідкам для організму).
Випадання або включення додаткового нуклеотиду в структуру ДНК кардинальним чином змінює триплетний код, за допомогою якого зберігається інформація про послідовність амінокислот в білку, що синтезується. Оскільки випадання або включення основи приводить до “зрушення” всієї послідовності нуклеотидів, то наслідки такої мутації, як правило, згубні.
Деякі токсиканти, наприклад похідні акридина, здатні викликати подібні зміни в структурі ДНК.
Клітини володіють здатністю коректувати і усувати пошкодження ДНК. Внаслідок цього лише невелике число мутацій, ініційованих токсикантом, зберігається в процесі реплікації молекули. Проте якщо мутація не розпізнана, змінена інформація перетворюється в РНК, а потім перетворюється у формі неповноцінного протеїну. Наслідки цього для клітини можуть бути або неістотні, або критичні, залежно від функцій, що виконуються протеїном.
Ряд ферментів, що беруть участь в репарації пошкодженої ДНК, в даний час добре вивчений. Наприклад, метилтрансферази беруть участь в деметилюванні О-6-метилгуаніну. Глікозілази розщеплюють зв’язки між азотом-9 пурину, що піддався алкилуванню, утворюючи ділянки депуринізованої ДНК. Фрагменти нуклеїнової кислоти, що складаються, як правило, з 3 – 4 нуклеотидів, включаючи депуринизовану ділянку, вирізуються з ланцюга ендонуклеаз. Надалі видулені віддалений фрагменти заповнюються за участю ферментів ДНК-полімераз і “вбудовуються” в загальний ланцюг за допомогою ДНК-ЛіГАЗ. Збої в цьому механізмі можуть приводити до пошкодження генетичного коду клітин.
Хромосомна аберація
Для позначення процесів, що приводять до делеції (випаданню), перебудові фрагментів хромосом або появі додаткових хромосом, які виявляються за допомогою світлової мікроскопії клітин, використовують термін, – кластогенез. Найбільш частою формою кластогенезу є розриви хромосом, які викликаються, наприклад, дією іонізуючого випромінювання і багатьох хімічних речовин. Алкилюючі агенти, що особливо містять дві функціональні групи в молекулі (сірчистий, кисневий, азотистий іприт і їх похідні і аналоги, бісульфан, кармустин і т.д.), утворюючи поперечні зв’язки з обома ланцюжками молекули ДНК, можуть викликати її розрив. У основі розриву лежить депуринізація пошкоджених нуклеотидів фрагментів обох ниток ДНК, що є сусідами, з подальшим їх одночасним вичлененням за допомогою ендонуклеаз. Ферментом, що бере участь в подальшій репарації пошкодженої ДНК, є полі-АДФ- рибозилполімераза. Акумуляція в ядрі клітини фрагментів ДНК активізує ензим. Субстратом для утворення Адф-рібозілата, необхідного для відновлення цілісності макромолекули, є нікотинамідуденіндинуклеотид (НАД). Якщо ДНК ушкоджується значно, на її репарацію витрачається велика кількість НАД, що приводить до виснаження запасів нуклеотиду в клітині і гострого енергетичного дефіциту. Вважають, що цей феномен також може лежати в основі загибелі клітин, що піддалися дії мутагенів (наприклад, іприту).
Збільшення числа хромосом в клітині може з’явитися наслідком порушення процесу їх розділення в ході мітозу між двома дочірніми клітинами. У результаті утворюються клітини з великим або меншим числом хромосом. Іноді кратно збільшується весь набір хромосом. Це явище називається – поліплоідія. Ряд хімічних речовин викликають поліплоідію. До найбільш вивчених відноситься колхіцин, що зв’язується з мономерами тубуліну, блокуючи його полімеризацію і за рахунок цього що порушує утворення мітотичних веретен.
