I тип. Атопия и анафилаксия

В 1923 году A.F.Coca и R.A.Cook ввели термин «атопия» (от греческого atopos – необычный, странный) для описания аллергических реакций немедленного типа.

В настоящее время под атопией понимают генетически детерминированную способность к повышенной продукции цитофильных иммуноглобулинов, в первую очередь IgE, к различным аллергенам.

Установлено, что атопические аллергические реакции возникают при любых способах попадания аллергена в организм.

Клиническими примерами атопической аллергии являются: атопическая (или неинфекционно-аллергическая) бронхиальная астма, крапивница и другие атопические дерматиты, отек Квинке, поллинозы, атопические энтериты, риниты и конъюнктивиты.

Для атопии доказана выраженная наследственная предрасположенность. Было установлено, что если аллергией страдают оба родителя, то вероятность ее возникновения у детей составляет 50%, если один из родителей – примерно 30%. Обследование семей и близнецов ясно показывает, что общий уровень IgE в организме определяется генетическими факторами. Поскольку синтез IgE индуцируют Тх2 с помощью выделяемых ими цитокинов, то должна существовать связь между генетическими маркерами в области кластера генов, контролирующих синтез ИЛ-4, ИЛ-5 и ИЛ-10 и локализованных в 5 хромосоме, и общим уровнем, а также содержанием специфичного IgE у больных атопией. Наличие такой связи было установлено в целом ряде исследований.

Установлено также, что существует ассоциация между повышенным уровнем IgE и определенными антигенами HLA. Например, более 90% лиц, реагирующих повышением уровня IgE на аллерген амброзии, являются носителями антигена HLA-Dw2. Показано также, что у больных с полиаллергией повышена частота встречаемости антигенов HLA-B8 и HLA-Dw3, причем у носителей HLA-B8 титры специфического и общего IgE особенно высоки.

В основе патогенеза атопии лежит избыточное образование Тх2. Причины этого явления окончательно не выяснены, однако показано, что определенную роль могут играть особенности взаимодействия между антигенраспознающим рецептором наивных Т-хелперов (Тх0), белками основного комплекса гистосовместимости и аллергеном.

Для членов атопических семей в результате преимущественной дифференцировки Тх2 характерна способность отвечать повышенным синтезом IgE на контакт с определенными антигенами, которые у других людей вызывают обычный адаптивный иммунный ответ при нормальном соотношении Тх1/Тх2.

Установлено также, что Тх2 образуются главным образом в условиях микроокружения слизистых оболочек под влиянием ИЛ-4 и TGF-(трансформирующего ростового фактора ). В то же время известно, что большинство атопических реакций также локализовано на слизистых оболочках. Источником ИЛ-4 являются тучные клетки, в большом количестве присутствующие в слизистых, небольшие количества этого цитокина синтезируют также Тх0. TGF- синтезируется клетками эпителия слизистых оболочек.

В норме Тх2 составляют примерно 2-4% от общего содержания периферических лимфоцитов, в то время как у больных атопической аллергией их количество увеличивается до 20-40%. В крови больных значительно повышается уровень ИЛ-4, который вызывает переключение синтеза иммуноглобулинов с IgM и IgG (1, 3) на IgG (2, 4) и IgE, которые у человека являются цитофильными, то есть, осуществляют свои функции только после прикрепления к Fc-рецепторам на поверхности клеток-мишеней (в первую очередь – тучных клеток, базофилов и эозинофилов). В этом заключается суть процесса сенсибилизации при атопической аллергии на клеточном уровне. Собственно аллергической реакции еще не возникает.

При повторном попадании аллергена в сенсибилизированный организм он связывается с Fab-фрагментами IgE, фиксированного на клетке. При взаимодействии антиген-антитело в молекуле IgE происходит структурная перестройка, которая распространяется и на Fc-фрагмент (рис.37).

В результате через Fc-рецептор активируется клетка-мишень, что приводит к ее дегрануляции. Выделяющиеся биологически активные вещества (гистамин, брадикинин, серотонин, метаболиты архидоновой кислоты и др.) и вызывают собственно аллергическую реакцию.

ИЛ-4 (совместно с ИЛ-3) стимулирует также размножение и активацию тучных клеток, в частности, в этих клетках стимулируется дополнительный синтез ИЛ-4. Тем самым включается механизм аутокринной стимуляции собственной пролиферации тучных клеток. Синтезируемый ими ИЛ-4 вызывает дополнительное образование Тх2. Таким образом реализуется механизм положительной обратной связи и происходит усиление аллергической реакции.

Тх2 синтезируют также ИЛ-5, который играет важную роль в патогенезе атопии, так как этот цитокин (совместно с ИЛ-3) стимулирует размножение эозинофилов, являющихся важными участниками атопических аллергических реакций. ИЛ-5 является специфическим фактором, обеспечивающим жизнеспособность эозинофилов. В многочисленных исследованиях доказано, что эозинофилия в периферической крови является важным характерным лабораторным признаком атопической аллергии. Эозинофилия и высокий уровень ИЛ-5 часто сочетаются при аллергических заболеваниях.

Рисунок 37. Реагиновый тип иммунологического повреждения тканей

(по А. Ройту и др. Иммунология, Москва, 2000).

Из изложенного видно, что конечные этапы эффекторной стадии адаптивного иммунного ответа при атопических аллергических реакциях осуществляются с участием клеток врожденного иммунитета – тучных клеток, базофилов и эозинофилов, которые с помощью выделяемых ими биологически активных веществ и вызывают острое воспаление и другие клинические проявления атопической аллергии.

Синтезируемые Тх2 ИЛ-4, ИЛ-10 и ИЛ-13 опосредуют супрессорную функцию Тх2 по отношению к Тх1. Эти цитокины ингибируют функции макрофагов и Тх1, в частности, подавляют синтез провоспалительных цитокинов (ИЛ-1, 6, 8; TNF-; ФУМ), а также синтез ИЛ-12 макрофагами и IFN- Тх1. Это приводит к сдвигу равновесия в сторону преимущественной дифференцировки Тх2.

В свою очередь, цитокины, выделяемые макрофагами и Тх1, в первую очередь ИЛ-12 и IFN-подавляют образование Тх2 и их функции. С этим связаны попытки клинического применения рекомбинантных IFN- и ИЛ-12 для лечения больных с атопической аллергией.

Роль тучных клеток и базофилов

в атопических аллергических реакциях

Тучные клетки и базофилы, относящиеся к клеткам врожденного иммунитета, являются основными клетками-мишенями в атопических аллергических реакциях. На этих клетках имеются Fc-рецепторы для цитофильных иммуноглобулинов, в первую очередь для IgE. Базофилы, как правило, функционируют в крови, в то время как тучные клетки, главным образом, локализованы в тканях. Особенно много их в тех органах, которые непосредственно соприкасаются с окружающей средой – в коже, легких, пищеварительном тракте – там, где они могут быстро реагировать на антигенный стимул.

Тучные клетки и базофилы имеют много общего. В первую очередь, они синтезируют практически одинаковый набор медиаторов. Медиаторы тучных клеток и базофилов делят на 3 группы.

Первая группа – медиаторы, депонируемые в цитоплазматических гранулах. Они первыми выбрасываются из клетки в процессе дегрануляции.

В составе гранул находятся так называемые вазоактивные амины (у человека это, в первую очередь, гистамин и брадикинин, в меньшей степени серотонин, у лабораторных грызунов преобладает серотонин).

В гранулах содержатся также гепарин, ферменты (сериновые протеазы, карбоксипептидаза, катепсин G) и цитокин TNF-.

Указанные медиаторы вызывают первую, немедленную фазу атопической реакции, которая характеризуется основными признаками экссудативного воспаления, т.к. вазоактивные амины повышают проницаемость сосудов, вызывают их расширение и стимулируют сокращение гладких мышц.

Эти явления усиливает TNF-, являющийся сильным провоспалительным цитокином. TNF- повышает способность нейтрофилов и других лейкоцитов проникать через слой эндотелия и поддерживает воспаление.

Гистамин, действуя на нервные окончания, вызывает зуд. Выделяемые ферменты гидролизуют белки матрикса соединительной ткани. Гепарин вызывает хемотаксис эозинофилов в очаг реакции.

Система комплемента в патогенезе атопической аллергии не участвует.

Вторая группа медиаторов вступает в процесс через 8-12 часов.

Активированные тучные клетки и базофилы синтезируют и секретируют лейкотриены, простогландины и фактор активации тромбоцитов. Эта группа медиаторов вызывает позднюю стадию атопической реакции.

Лейкотриены С4, D4, E4 вызывают пролонгированное сокращение гладких мышц, повышают проницаемость сосудов, стимулируют секрецию слизи.

Простогландины D2 и Е2 вызывают бронхоспазм, агрегацию тромбоцитов, стимулируют также секрецию слизи и вызывают расширение сосудов.

Фактор активации тромбоцитов обладает аналогичным спектром действия, усиливает продукцию липидных медиаторов, активирует тучные клетки и эозинофилы, является хемоаттрактантом для тромбоцитов и эозинофилов.

Третья группа – это цитокины (ИЛ-3, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-13, ГМ-КСФ и ряд других).

ИЛ-3, ИЛ-5 и ГМ-КСФ стимулируют дифференцировку и вызывают активацию эозинофилов.

ИЛ-4 и ИЛ-13 стимулируют дополнительное образование Тх2, а также размножение и активацию тучных клеток. Благодаря этому данная группа цитокинов способствует дальнейшей прогрессии аллергического процесса.

Таким образом, дегрануляция тучных клеток и базофилов определяет основной комплекс симптомов атопической аллергии.

Необходимо отметить, однако, что дегрануляция этих клеток происходит только тогда, когда минимум две связанные с Fc-рецепторами молекулы IgE соединяются с аллергеном. После этого происходит несколько последовательных энергозависимых событий, ведущих к выбросу гранул с медиаторами воспаления. Среди них: активация серинэстеразы, связанной с клеточной мембраной; приток внутрь клетки ионов кальция; снижения уровня внутриклеточного цикло-АМФ; сокращение микрофиламентов и агрегация микроканальцев. По мере развития этих событий гранула с медиатором сначала сообщается с внеклеточной средой при помощи «цистерн», а затем, в конечном итоге, выталкивается из клетки. Дегрануляция тучных клеток и базофилов происходит в течение нескольких секунд. Клетки при этом сохраняют жизнеспособность.

Роль эозинофилов в патогенезе атопической аллергии

Эозинофилы, также относящиеся к клеткам врожденного иммунитета, привлекаются в очаг аллергической реакции за счет хемотаксиса. Хемоаттрактантами для эозинофилов являются гистамин, иммунные комплексы с участием IgE, а также фактор хемотаксиса эозинофилов, выделяемый Тх2.

В очаге реакции под действием ИЛ-3, ИЛ-5, тромбоцитактивирующего фактора, ГМ-КСФ, лейкотриенов и др. веществ происходит активация эозинофилов. На эозинофилах показано наличие Fc-рецепторов к IgE. Связывание молекулы IgE c аллергеном также приводит к активации клетки, выражающейся в её дегрануляции.

В любом очаге атопической аллергической реакции с самых первых этапов до окончания процесса обнаруживается значительное количество эозинофилов. Особенно много этих клеток выявляется при реакциях с резко выраженным экссудативным воспалением. Это обусловлено тем, что процесс повышения сосудистой проницаемости индуцируется гистамином и другими биологически активными веществами (БАВ). Эозинофилы регулируют выделение и функции этих БАВ.

Во-первых, они продуцируют несколько факторов, тормозящих дегрануляцию тучных клеток и базофилов. Во-вторых, эозинофилы способны захватывать гранулы с БАВ и разрушать их с помощью ряда ферментов, в первую очередь, гистаминазы. Благодаря этому эозинофилы снижают интенсивность аллергического воспаления, выполняя тем самым защитную функцию.

В то же время эозинофилы могут усиливать аллергическое воспаление. При дегрануляции вследствие активации через Fc-рецептор для IgE эозинофилы также выделяют большое количество БАВ.

Среди них производные липидов, в первую очередь, фактор активации тромбоцитов, вызывающий спазм бронхов и сосудов, отек бронхов, стимуляцию секреции слизи, а также способствующий агрегации тромбоцитов и активации тучных клеток и эозинофилов.

Важной группой липидных производных являются метаболиты арахидоновой кислоты – простогландины и лейкотриены.

Выделяемый эозинофилами лейкотриен С4 вызывает спазм бронхов и сосудов, параллельно повышая проницаемость сосудов.

Простогландин Е2 стимулирует секрецию слизи, вызывает вазодилятацию.

Простогландин D2 повышает сосудистую проницаемость, вызывает бронхоспазм и агрегацию тромбоцитов.

Другой важной группой медиаторов, содержащихся в гранулах эозинофилов, являются белковые соединения:

• основной белок эозинофилов, который токсичен для гельминтов и опухолевых клеток, а также является активатором тучных клеток;

• катионный белок эозинофилов, обладающий сходными свойствами; и

• эозинофильный белок Х, являющийся сильным нейротоксином.

В эозинофильных гранулах содержится также большой набор ферментов. Помимо уже упоминавшейся гистаминазы, там имеются коллагеназа, пероксидаза, фосфолипаза, глюкуронидаза. Эти и другие ферменты при аллергическом ответе могут нейтрализовать продукты тучных клеток и способствовать уничтожению клеточных остатков.

Показано также, что эозинофилы синтезируют и выделяют в окружающую среду целый ряд цитокинов (ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-3, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-10, ИЛ-16, TNF-и др.). Эти цитокины оказывают множественные эффекты на клетки, находящиеся в очаге воспаления. Наиболее важными являются:

• стимуляция воспалительной реакции с помощью ИЛ-1 и TNF-

• действие ИЛ-3 и ИЛ-5, которые по механизму положительной обратной связи аутокринно стимулируют образование эозинофилов и дополнительно активируют их функции;

• стимуляция с помощью ИЛ-4, ИЛ-3 и ИЛ-8 дифференцировки, пролиферации и миграции в очаг реакции Тх2, тучных клеток и базофилов.

В последнее время показано, что в патогенезе атопической аллергии участвуют также выделяемые эозинофилами нейропептиды (VIP – вазоактивный интестинальный пептид и субстанция Р). Эти нейропептиды вызывают бронхоспазм, вазодилятацию, стимулируют секрецию слизи и дегрануляцию тучных клеток.

Таким образом, эозинофилы принимают активное участие на разных стадиях развития атопических аллергических реакций. Их роль неоднозначна. С одной стороны, они способствуют возникновению и развитию клинических проявлений аллергии, с другой – могут снижать эти проявления и способствовать очищению очага воспалительной реакции.

По последним литературным данным эти функции разделены по времени и могут выполняться разными субпопуляциями эозинофилов. На начальных этапах аллергической реакции преобладает провоспалительная функция эозинофилов, на завершающей стадии – защитная, способствующая окончанию воспалительного процесса.

Лабораторная диагностика атопии

• Внутрикожные пробы с подозреваемыми аллергенами с учетом реакции через 15-30 минут.

• Проба Праусниц-Кюстнера. Здоровому добровольцу внутрикожно вводят сыворотку больного. Через 12-24 часа в это же место вводят подозреваемый аллерген. Реакцию учитывают через 15-30 минут. IgE, содержащийся в сыворотке больного, прикрепляется к Fc-рецепторам тучных клеток кожи добровольца. При введении в это же место аллергена последний связывается с Fab-фрагментами IgE, что приводит к дегрануляции тучных клеток и возникновению воспалительной реакции.

• Дегрануляция тучных клеток и базофилов лабораторных животных (тучные клетки морских свинок и крыс, базофилы кроликов). Клетки выделяют из крови или перитонеальной полости животных, отмывают физиологическим раствором и готовят суспензию определенной концентрации. Затем в суспензию этих клеток вносят сыворотку больного, а после часовой инкубации добавляют в нее же подозреваемый аллерген. Через 15-30 минут под микроскопом наблюдают дегрануляцию с использованием витальных красителей.

• Радиоаллергосорбентный тест (РАСТ). Данный метод позволяет определить концентрацию IgE против определенного аллергена в сыворотке крови больного, т.е. является количественным.

На полимерные гранулы адсорбируют аллерген, затем добавляют сыворотку крови больного, после часовой инкубации в эту же пробирку вносят антииммуноглобулин Е, меченый радиоактивным изотопом (чаще йодом-131). Образовавшиеся крупные комплексы осаждают центрифугированием, отмывают осадок от несвязанного изотопа, а затем измеряют его радиоактивность. Она прямо пропорциональна концентрации специфического к данному аллергену IgE в сыворотке крови больного.

Патогенез анафилактического шока

В случае парентерального введения аллергена возможно возникновение анафилактического шока, который по патогенезу является гиповолемическим шоком.

Наблюдается катастрофическое падение кровяного давления и спазм гладкой мускулатуры, что ведет к формированию дыхательной и сердечно-сосудистой недостаточности. Развивающийся в области гортани отек ведет к удушью. Наиболее частыми причинами таких системных анафилактических реакций являются: повторное введение лекарственных препаратов (антибиотиков, вакцин, сывороток, кровезаменителей, анестетиков и др.), а также укусы насекомых.

Наиболее распространенным примером лекарственного аллергена является пенициллин, который играет роль гаптена и связывается с аминогруппами белков организма, формируя комплексный антиген. Модифицированные пенициллином собственные белки организма вызывают у некоторых людей гиперэргический адаптивный гуморальный иммунный ответ.

Другим лекарственным препаратом, часто вызывающим анафилактический шок, является местный анестетик новокаин.

Патогенез анафилактического шока несколько сложнее патогенеза атопии, он может включать два иммунологических механизма.

Первый – такой же, как в атопии, он обусловлен избыточным синтезом цитофильных иммуноглобулинов, которые прикрепляются к соответствующим рецепторам на поверхности базофилов крови и тучных клеток, содержащихся вблизи капилляров. Выделяющиеся при дегрануляции БАВ повышают проницаемость капилляров, в результате жидкая часть крови выходит в ткани, вызывая отек, в то же время падает объем циркулирующей крови, повышается ее вязкость. Это приводит к падению артериального давления и значительному нарушению гемодинамики. В результате развивается клиника анафилактического шока. В отличие от атопии, в патогенезе анафилаксии часто первостепенную роль играет повышение синтеза цитофильного IgG (4, 2), а роль IgE менее значительна.

В отличие от атопии, в патогенезе анафилаксии может участвовать второй механизм, обусловленный избыточным синтезом IgG (1, 3) и даже иногда IgM, которые находятся в циркуляции и при встрече с аллергеном образуют циркулирующие иммунные комплексы (ЦИК). Эти ЦИК оседают на эндотелии капилляров, где кровоток замедляется. Далее происходит активация системы комплемента по классическому пути. Образующиеся в результате этой активации литические комплексы С5-9 перфорируют эндотелий капилляров, что резко повышает их проницаемость. Повреждение эндотелия приводит к активации свертывающей системы и возникновению пристеночных внутрисосудистых тромбов (ДВС-синдром).

При активации системы комплемента образуются также фрагменты С2в, С3а и С5а, которые вызывают дополнительное повышение сосудистой проницаемости (С3а и С5а являются анафилатоксинами, они действуют на мембраны тучных клеток и базофилов, вызывая их дегрануляцию).

Таким образом, второй механизм, участвующий в патогенезе анафилаксии, обусловлен активацией комплемента по классическому пути, в отличие от атопии, в патогенезе которой система комплемента не участвует.

Анафилактический шок является самым тяжелым вариантом анафилаксии. Он возникает, как правило, при повторном парентеральном введении аллергена в организм. Выраженной наследственной предрасположенности не установлено. Степень тяжести и особенности клинических проявлений анафилактического шока могут быть различны. В частности, это определяется преобладанием первого или второго механизма.