Механизм развития клеточного отека


Этиология и патогенез отеков | Патологическая физиология

Одним из наиболее распространенных видов патологии водно-солевого обмена являются отеки.

Отеком называется скопление в полостях тела и в межклеточных пространствах воды и электролитов.

В зависимости от того, в каких участках тела происходит задержка жидкости и солей, различают следующие формы отеков. При скоплении жидкости и электролитов в подкожной клетчатке этот вид отека называется анасарка, в грудной полости - гидроторакс, в околосердечной сумке - гидроперикард, в брюшной полости - асцит, в мошонке - гидроцеле.

В развитии отеков принимают участие шесть основных патогенетических факторов.

1. Гидродинамический. На уровне капилляров обмен жидкости между сосудистым руслом и тканями осуществляется следующим образом. В артериальной части капилляров давление жидкости внутри сосуда превышает ее давление в тканях, и поэтому здесь жидкость идет из сосудистого русла в ткань. В венозной части капилляров имеются обратные соотношения: в ткани давление жидкости выше и жидкость идет из ткани в сосуды. В норме в этих перемещениях устанавливается равновесие, которое в условиях патологии может нарушаться. Если повысится давление в артериальной части капилляров, то жидкость начнет интенсивнее переходить из сосудистого русла в ткани, а если такое повышение давления будет происходить в венозной части капиллярного русла, то это будет препятствовать переходу жидкости из ткани в сосуды. Повышение давления в артериальной части капилляров встречается крайне редко и может быть связано с общим увеличением объема циркулирующей крови. Повышение же давления в венозной части бывает в условиях патологии достаточно часто, например, при венозной гиперемии, при общем венозном застое, связанном с сердечной недостаточностью. В этих случаях жидкость задерживается в тканях и развивается отек, в основе которого лежит гидродинамический механизм.

2. Мембранный. Этот фактор связан с повышением проницаемости сосудисто-тканевых мембран, поскольку в данном случае облегчается циркуляция жидкости между кровеносным руслом и тканями. Повышение проницаемости мембран может наступать под влиянием биологически активных веществ (например, гистамина), при накоплении в тканях недоокисленных продуктов обмена веществ, при действии токсических факторов (ионов хлора, азотнокислого серебра и др.). Частой причиной развития отеков, в основе которых лежит мембранный фактор, являются микробы, выделяющие фермент гиалуронидазу, который, воздействуя на гиалуроновую кислоту, ведет к деполимеризации мукополисахаридов клеточных мембран и вызывает повышение их проницаемости.

3. Осмотический. Накопление в межклеточных пространствах и полостях тела электролитов ведет к повышению в этих областях осмотического давления, что вызывает приток воды.

4. Онкотический. При некоторых патологических состояниях онкотическое давление в тканях может становиться большим, нежели в сосудистом русле. В таком случае жидкость будет стремиться из сосудистой системы в ткани, и разовьется отек. Это происходит либо в случае повышения концентрации крупномолекулярных продуктов в тканях, либо в случае снижения содержания белка в плазме крови.

5. Лимфатический. Этот фактор играет роль в развитии отека в тех случаях, когда в органе наступает застой лимфы. При повышении давления в лимфатической системе вода из нее идет в ткани, что и приводит к отеку.

6. В числе факторов, способствующих развитию отека, выделяют также снижение тканевого механического давления, когда уменьшается механическое сопротивление току жидкости из сосудов в ткани, как, например, при обеднении тканей коллагеном, повышении их рыхлости при усилении активности гиалуронидазы, что наблюдается, в частности, при воспалительных и токсических отеках.

Таковы основные патогенетические механизмы развития отеков. Однако «в чистом виде» монопатогенетические отеки встречаются очень редко, обычно рассмотренные выше факторы комбинируются.

Отеки классифицируются не только по патогенетическим механизмам, но и по причинам возникновения. Ниже рассматривается патогенез отдельных видов отеков, связанных с теми или иными общими заболеваниями или патологическими процессами, локализующимися в отдельных органах.

1. Воспалительный отек возникает следующим путем. В результате альтерации тканей и повреждения стенок вен при воспалении возникает венозная гиперемия, вследствие чего давление внутри венозного сосуда начинает преобладать над давлением жидкости в ткани. Вследствие накопления в воспаленных тканях биологически активных веществ происходит повышение проницаемости сосудистой стенки. Гипериония и высокая концентрация крупномолекулярных соединений приводят к повышению осмотического и онкотического давления, поэтому жидкая часть крови устремляется в ткани. Возникший отек сдавливает лимфатические сосуды и нарушает отток лимфы от очага воспаления. Таким образом, в патогенезе воспалительного отека играют роль гидродинамический, мембранный, осмотический, онкотический и лимфатический факторы.

2. Аллергический отек. Аллергия - патологический процесс, характеризующийся извращенной реактивностью организма по отношению к антигенным факторам. При аллергии в результате комплекса патохимических реакций выделяются большие количества гистамина, вызывающего резкое расширение сосудов и повышение проницаемости их стенок, вследствие чего жидкая часть крови начинает интенсивно выходить в ткани. Все сказанное позволяет сделать вывод о том, что в основе аллергического отека лежит мембранный фактор.

3. Токсический отек возникает при отравлениях организма. Чаше всего он развивается в легких при вдыхании хлора или паров соляной кислоты. Ион хлора резко повышает проницаемость альвеолярных мембран, вследствие чего жидкость накапливается в просвете альвеол. Как и при аллергическом отеке, при токсическом главным механизмом развития является мембранный фактор.

4. Голодный (кахектический) отек. В его основе лежит снижение онкотического давления крови по сравнению с онкотическим давлением в тканях. Такой отек может развиваться при голодании, когда в организме начинается распад и утилизация собственных белков, в первую очередь - белков плазмы крови. В результате этого онкотическое давление в крови падает и вода начинает идти в сторону более высокого уровня онкотического давления - в ткани. Аналогичная ситуация возникает при гипопротеинемических состояниях другой этиологии, в частности, при раковой кахексии (истощении).

5. Лимфогенный отек развивается при застое лимфы, который может наступать при сдавлении лимфатических коллекторов извне (рубцом, опухолью, воспалительным отеком) или при закупорке лимфатических сосудов изнутри (как, например, при филляриозе). В результате повышения гидростатического давления в лимфатических сосудах жидкая часть лимфы начинает интенсивно переходить из лимфатических капилляров в ткани.

6. Неврогенный отек. Этот вид отека встречается довольно редко при некоторых заболеваниях нервной системы. В его основе лежит значительное преобладание тонуса вазодилататоров над тонусом вазоконстрикторов, что приводит к повышению проницаемости сосудистых стенок. В артериальной части капилляров жидкость начинает переходить в ткани более интенсивно, и развивается отек, в основе которого лежит мембранный фактор.

7. Идиопатический отек. Как показывает само его название, он возникает по неизвестной причине. Этот вид отека встречается значительно чаще у женщин, чем у мужчин, причем у женщин детородного возраста, склонных к ожирению и вегетативным нарушениям. Он проявляется в основном на голенях, иногда на пальцах рук и веках, нарастает к концу дня и возникает преимущественно в жаркое время года. При идиопатическом отеке выражен ортостатический характер задержки жидкости (скапливание в более низко расположенных участках тела или его отдельных частей). Считают, что в основе данного вида отека лежат гормональные нарушения.

8. Сердечный отек. Этот вид отека возникает при сердечной недостаточности, то есть при состоянии, характеризующимся снижением резервных возможностей сердечной мышцы, при котором нагрузка, падающая на сердце, превышает его способность совершать работу (другими словами, - в том случае, когда сердце выбрасывает в артерии меньше крови, чем к нему притекает по венам).

Основные моменты патогенеза сердечного отека представлены на схеме.*****shem7

Ослабление силы сердечных сокращений ведет к уменьшению минутного объема крови (сердечного выброса), что включает четыре механизма.

Во-первых, наступает снижение интенсивности кровотока в почках, в результате чего клетки юкстагломерулярного аппарата начинают вырабатывать повышенное количество ренина. Последний через сложную систему метаболических реакций активирует секрецию надпочечниками альдостерона, что, в свою очередь, приводит к усилению реабсорбции натрия в почечных канальцах. Следует подчеркнуть, что избыточная секреция альдостерона сама по себе не может вызвать длительную задержку натрия в организме, так как через несколько дней почки «ускользают» от его действия. Однако избыточная секреция альдостерона в данном случае играет роль «пускового» механизма задержки натрия, которая усиливается далее посредством включения других реакций.

Во-вторых, уменьшение сердечного выброса ведет к возбуждению волюмрецепторов крупных кровеносных сосудов, в результате чего происходит рефлекторное сужение почечных артерий, причем суживаются сосуды только коркового вещества почек, а сосуды мозгового вещества не спазмируются. В результате этого в почках происходит «сброс» крови в медуллярные нефроны, канальцы которых имеют гораздо большую длину, нежели в нефронах коркового вещества. Поэтому при таком перераспределении почечного кровотока возрастает реабсорбция, в том числе и реабсорбция натрия, а на фоне избыточной секреции альдостерона она усиливается длительно. Таким образом, сочетание указанных двух механизмов вызывает значительную и продолжительную задержку натрия в организме. Это приводит к возникновению внеклеточной гиперосмии, вследствие чего возбуждаются осморецепторы тканей и рефлекторно усиливается секреция АДГ, который увеличивает реабсорбцию воды в почках, что и способствует ее задержке в организме и развитию отека.

В-третьих, в результате уменьшения минутного объема крови возникает циркуляторная гипоксия, то есть кислородное голодание тканей, связанное с нарушением обращения крови в сосудистой системе. В результате этого повышается проницаемость капиллярных стенок, и плазма крови начинает идти в ткани, что усиливает отек.

В четвертых, если сердце выбрасывает в артерии меньше крови, чем к нему ее притекает по венам, повысится венозное давление, то есть разовьется венозная гиперемия. Последняя вызовет нарушение оттока лимфы от тканей, приведет к усилению фильтрации воды из сосудов и, наконец, явится причиной застоя крови в печени. В «застойной» печени уменьшится синтез альбуминов, в результате чего возникнет гипоонкия плазмы. Вследствие этого онкотическое давление в тканях по сравнению с сосудистым руслом окажется повышенным, и вода из сосудов начнет усиленно фильтроваться в ткани. Таким образом, этот механизм, приводящий к нарушению тканевого лимфооттока, усилению фильтрации воды в ткани из-за возросшего венозного давления и вызывающий снижение белковосинтезирующей функции печени, вызовет дальнейшее усиление отека.

Резюмируя изложенное, можно сказать, что в развитии сердечного отека играют роль осмотический, мембранный, гидродинамический, лимфатический и онкотический факторы.

9. Отек легких. Отек легочной ткани может возникать по двум причинам. Во-первых, он нередко имеет токсический генез, и в этом случае в его основе лежит мембранный фактор. Во-вторых, отек легких может быть связан с резким ослаблением сократительной способности левого желудочка сердца. При недостаточности он во время систолы выбрасывает в аорту не всю кровь, которая находится в его полости. Следовательно, в период систолы левого предсердия сопротивление работе последнего возрастает, так как ему приходится перекачивать полный объем крови в полость левого желудочка, где уже есть «дополнительная» кровь. Это ведет к возрастанию давления в левом предсердии, что в свою очередь вызывает повышение давления в малом круге кровообращения, и жидкость из капилляров этого отдела сосудистой системы начинает переходить в альвеолы. Возникает отек легких, в основе которого лежит гидродинамический фактор. Такая ситуация часто возникает при массивных инфарктах левого желудочка сердца, когда его сократительная способность резко ослабевает и наступает острая левожелудочковая недостаточность; при выраженном митральном стенозе и т.д.

Нередко отек легких развивается в результате быстрого повышения внутриплеврального давления; при горной болезни из-за гипоксического поражения альвеолярных мембран, а также он может быть и нейрогенным, о чем свидетельствует его частое развитие у больных с поражением головного мозга, возможность его экспериментального воспроизведения путем воздействия на определенные участки нервной системы, купирование с помощью ваго-симпатической новокаиновой блокады. Однако рефлекторный механизм возникновения отека легких изучен еще недостаточно.

Отек легких - обычно быстротекущий патологический процесс. Наряду с возникающей при нем острой дыхательной недостаточностью развиваются глубокие нарушения кислотно-основного состояния организма: вначале вследствие частого дыхания происходит усиленное удаление из крови углекислоты и возникает алкалоз, а затем в связи с уменьшением дыхательной поверхности легких углекислота, напротив, в избытке накапливается в крови и развивается ацидоз.

10. Почечные отеки. При заболеваниях почек могут развиваться отеки, причем их механизмы различны при двух разных нозологических формах: нефрозах и нефритах.

а. Нефротический отек. Нефроз - это заболевание почек, связанное с деструкцией почечной паренхимы (например, при отравлении сулемой, гемотрансфузионных поражениях почек, анафилактическом шоке, нарушениях обмена веществ в организме и т.д.). При нефрозе организм теряет с мочой такие огромные количества белка, что моча может приобретать студнеобразную консистенцию. Таким образом, деструктивное поражение нефрона ведет к массивной протеинурии, что вызывает гипоонкию плазмы. Вследствие этого увеличивается фильтрация воды из кровеносных сосудов в ткани. Однако, кроме прямого действия на состояние гидратации тканей, усиление фильтрации воды в ткани ведет к гиповолемии, включающей через снижение уровня кровотока в почках ренин-альдостероновый механизм, вызывающий задержку натрия в организме, рефлекторное усиление секреции АДГ и повышение уровня реабсорбции воды. Из сказанного следует, что в патогенезе нефротического отека принимают участие онкотический и осмотический механизмы.

б. Нефритический отек. Нефрит - это воспалительное заболевание почек, чаще всего аутоаллергического (аутоиммунного) генеза, при котором главным образом поражается клубочковая часть нефрона. Патогенез отека при нефрите представлен на схеме.*****shem8

При аллергически-воспалительном поражении клубочков нефрона происходит сдавление почечных сосудов воспалительным отеком. Нарушение кровоснабжения почек вызывает снижение объема циркулирующей в них крови, что раздражает клетки юкстагломерулярного аппарата, которые увеличивают выделение ренина. Последний стимулирует надпочечники, начинающие усиленно секретировать альдостерон. Это ведет к задержке в организме натрия, раздражению осморецепторов тканей, в результате чего усиливается секреция АДГ. Увеличение количества последнего ведет к возрастанию реабсорбции воды почечными канальцами, и вода начинает накапливаться в тканях. Однако к осмотическому фактору быстро присоединяются и другие. Патогенный агент воздействует на базальную мембрану почечных клубочков и изменяет ее структуру так, что белки мембраны становятся в антигенном отношении чужеродными для собственного организма. В связи с этим к ним начинают вырабатываться антитела, которые в свою очередь воздействуют на сосудистые мембраны вообще, поскольку в последних есть антигены, общие с антигенами мембран почечных клубочков. Таким образом, в организме в целом повышается проницаемость сосудистых мембран и в нефритический отек включается мембранный фактор. При нефрите вследствие повышения проницаемости почечного фильтра с мочой начинает выводиться белок. Следовательно, плазма крови становится беднее белками, ее онкотическое давление по сравнению с онкотическим давлением тканей падает, и в патогенез отека включается онкотический фактор.

Таким образом, в патогенезе нефритического отека играют роль осмотический, мембранный и онкотический факторы.

11. Отек-набухание головного мозга. Эти два взаимосвязанных и взаимопереходящих друг в друга состояния могут возникать при травмах головного мозга, его опухолях, в результате ишемии мозговой ткани (например, при длительных гипертонических кризах), при воспалении мозговых оболочек, а также при операциях на нем (разновидность травмы). Набухание мозга характеризуется возрастанием степени гидратации внутриклеточных коллоидов, а отек - увеличением в мозговой ткани количества внеклеточной жидкости.

При отеке мозга возникает ряд общих симптомов: головная боль, головокружение, рвота, обморочное состояние, а также очаговые явления в зависимости от того, какая часть мозга наиболее интенсивно сдавлена отечной жидкостью. Кардинальным проявлением отека головного мозга является повышение внутричерепного давления.

Главным патогенетическим фактором набухания-отека головного мозга является мембранный, так как мембраны сосудистой сети этого органа чрезвычайно чувствительны к любым воздействиям, нарушающим их состояние, и реагируют на эти воздействия резким повышением проницаемости.

Набухание-отек головного мозга является тяжелым, но обратимым процессом. Своевременная дегидратационная терапия может бесследно снять не только само состояние, но и его возможные осложнения.

Все сказанное об отеке-набухании головного мозга справедливо и для аналогичного состояния спинного мозга, но в этом случае будут проявляться спинальные симптомы: парезы, параличи, парестезии и т.д.

Вклад α- и β-адренергических механизмов в развитие отека легких

Эндогенные или экзогенные катехоламины могут вызывать отек легких (PE). Это может происходить при патологических состояниях человека, таких как феохромоцитома или нейрогенный отек легких (NPE), но также может быть спровоцировано после экспериментального введения адренергических агонистов. ПЭ может быть результатом стимуляции различными типами адренергической стимуляции. При лечении β-адренорецепторами он развивается быстрее, более тяжелый из-за обилия богатой белком жидкости в альвеолярном пространстве и сопровождается сильным генерализованным воспалением легких.Подобные пагубные эффекты β-адренергической стимуляции неоднократно описывались и, как полагают, играют ключевую роль в НПЭ или ПЭ у пациентов с феохромоцитомой. Хотя часто сообщалось, что агонисты β-адренорецепторов предотвращают или ослабляют ПЭ за счет увеличения клиренса альвеолярной жидкости, ПЭ также может быть вызвана β-адренергическим лечением, что можно наблюдать при токолизе. В экспериментальных моделях инфузия β-адренергических агонистов вызывает менее тяжелую ПЭ, чем β-адренергическая стимуляция. Настоящая статья посвящена современному пониманию возможного вклада α- и β-адренергических путей в развитие ПЭ.

1. Введение

Сильная симпатическая активация или повышенные концентрации адреналина или норадреналина (NE) в плазме играют ключевую роль в некоторых типах отека легких (PE), например, у пациентов с феохромоцитомой или нейрогенным отеком легких (NPE). ПЭ может развиваться как следствие терапевтического введения катехоламинов (КА) или симпатомиметических препаратов, например, при хирургических вмешательствах, при токолизе или у пациентов с сердечно-сосудистой недостаточностью.

Мы разработали модель непрерывной внутривенной (в / в) инфузии КА крысам, которая позволила исследовать динамику формирования отека. Более того, мы могли сравнить эффекты NE с эффектами селективных α - или β -адренергических агонистов, а также комбинаций NE с α - или β -адреноблокаторами. В данной статье описывается возможный вклад α - и β -адренергических путей в развитие отека легких в клинических и экспериментальных условиях.

2. Катехоламин-ассоциированный отек легких в клинических условиях
2.1. ТЭЛА у пациентов с феохромоцитомой

У пациентов с феохромоцитомой может развиться ТЭЛА как редкое опасное для жизни осложнение. В некоторых случаях это может быть даже первым проявлением этой СА-высвобождающей опухоли [1–4]. Чаще всего это проявляется кардиогенной ТЭЛА [1, 5], но в редких случаях описан некардиогенный отек [3, 4, 6–10]. Кардиогенная ПЭ связана с дисфункцией левого желудочка (ЛЖ), в то время как некардиогенный отек проявляется нормальной функцией ЛЖ и без признаков кардиопатии.Предлагается несколько механизмов патогенеза некардиогенной ПЭ, которые все могут быть вызваны повышенными уровнями СА или симпатическими выделениями, в основном преобладающей α -адренергической стимуляцией: (1) вазоконстрикция, особенно посткапиллярная веноконстрикция в легких, приводящая к увеличению легочного - капиллярное гидростатическое давление, (2) повышенный объем легочной крови, (3) повышенная проницаемость альвеолокапилляров и (4) воспаление с накоплением нейтрофилов в легких [2, 6, 7, 9].Последнее может быть вызвано гиперпродукцией интерлейкина-6 (ИЛ-6), что считается следствием высоких уровней ХА [11, 12].

У пациента с феохромоцитомой, который успешно лечился от некардиогенного отека легких, вызванного массивным высвобождением эндогенного CA, введение экзогенного NE спровоцировало повторное формирование отека с аналогичными характеристиками. Применение блокаторов α -адренорецепторов привело к быстрому и стойкому купированию всех симптомов, подтверждая тем самым решающую роль α -адренергических механизмов в развитии этого типа ПЭ [6]. α -Адреноблокаторы также применялись при лечении мультисистемного криза феохромоцитомы [13]. Считается, что патогенез ПЭ у пациентов с феохромоцитомой аналогичен патогенезу НПЭ, который, как полагают, является результатом массивной α -адренергической стимуляции, вызванной разрядкой симпатической активности [6–8].

2.2. Нейрогенный PE

NPE может возникнуть в результате неврологического инсульта из-за тяжелой травмы головы, кровоизлияния в мозг, генерализованных судорог и т. Д.Обычно это поражает очень внезапным началом - даже через несколько минут после ускоряющего события - как сообщалось от солдат после пулевых травм головы во время войны во Вьетнаме [14].

NPE характеризуется интерстициальным и альвеолярным отеком вместе с внутриальвеолярным кровоизлиянием [15]. Сильная симпатическая активация после внезапного повышения внутричерепного давления или травмы головного мозга считается первым шагом. В экспериментальном исследовании на крысах массивный геморрагический отек легких мог быть вызван либо компрессией мозга, либо инъекцией адреналина [16].Выброшенный выброс СА вызывает гемодинамические изменения с генерализованной вазоконстрикцией и быстрым увеличением объема крови в легочной сосудистой сети. Сужение сосудов также касается малого круга кровообращения, особенно легочных вен [17], что приводит к застою в легких и увеличению гидростатического давления в легочных капиллярах [18]. Более того, вазоконстрикция вызывает системную гипертензию, которая, в свою очередь, через активацию барорефлекса вызывает брадикардию. Брадикардия, сопровождающая высокое системное кровяное давление, была признана еще одним важным фактором образования НПЭ.Это может быть даже более важным, чем повышенный объем легочной крови, так как приводит к снижению сердечного выброса и дальнейшему повышению легочного венозного давления. Предотвращение этой индуцированной барорефлексом брадикардии, например, ранним в / в. введение атропина позволяет избежать развития НПЭ [19]. Эти данные, подчеркивающие вазоконстрикцию как основной гемодинамический фактор в формировании NPE, демонстрируют решающую роль симпатической нервной системы в этом состоянии. В экспериментальном исследовании баллонного компрессионного повреждения спинного мозга у крыс NPE было полностью предотвращено за счет ингибирования симпатической системы пентолинием, вводимым перед баллонным сжатием [20].Хотя NPE традиционно считается «некардиогенным отеком», существуют доказательства того, что сердечная дисфункция из-за прямого повреждения миокарда может быть вовлечена в образование NPE и что CA вызывают это повреждение миоцитов [21, 22].

Поскольку NPE характеризуется тяжелым белковым альвеолярным отеком, обычно предполагается, что повышенная проницаемость стенок легочных сосудов участвует в развитии NPE. Однако есть данные об обратном [23]. Повышенное капиллярное давление может вызвать нарушение альвеолокапиллярного барьера и, как следствие, внутриальвеолярное кровоизлияние и накопление богатой белком жидкости [15, 24–26].Повышение проницаемости микрососудов легких обычно происходит, когда трансмуральное давление превышает 40 мм рт. Ст. [18]. Кроме того, считается, что воспалительные механизмы, обусловленные высвобождением цитокинов и хемокинов мозга, способствуют увеличению проницаемости легочных капилляров [18, 27, 28]. Стимуляция экспрессии цитокинов и воспаление в легких также может быть следствием массивных симпатических выделений, вызванных церебральным инсультом [18, 29].

α -адренергические механизмы играют ключевую роль в формировании NPE [18, 30].Помимо сужения сосудов, α -адренергических агонистов вызывают высвобождение медиаторов воспаления и способствуют увеличению проницаемости сосудов [29]. α -адренергических антагонистов способны предотвращать образование NPE в экспериментальных моделях NPE [17, 26, 31, 32] и у пациентов с NPE [33, 34], тогда как β -блокаторы не смогли предотвратить образование NPE [35 ]. Блокирование α -адренорецепторов снижает сужение легочных вен у крыс после травмы головы [36].Более того, он снижает выраженность воспалительных реакций и восстанавливает нормальную способность переносить жидкость в легких [37]. Рекомендации по симптоматическому лечению НПЭ включают α -блокаторов и кортикоидов, в то время как β -блокаторов следует избегать [18].

3. Отек легких, вызванный экспериментальным введением NE

С помощью нашей экспериментальной модели мы исследовали эффекты инфузии NE (1 мг / кг -1 ч -1 ) у крыс с временными интервалами до 72 часов.Ранее было показано, что эта доза NE вызывает гипертрофию LV у крыс [38] и, следовательно, считается, что она вызывает активность NE, аналогичную той, которая может быть обнаружена у пациентов, у которых развивается гипертрофия сердца. Мы наблюдали двукратное повышение систолического давления в правом желудочке (RVSP) в течение нескольких минут. Первые признаки интерстициальной ПЭ появились менее чем через час после инфузии. Общее периферическое сопротивление (TPR) постепенно увеличивалось и было значительно повышено после 8 часов инфузии. В то время ПЭ стала более выраженной, и как механизм компенсации возник плевральный выпот.TPR находится в значительной положительной корреляции с объемом плевральной жидкости (PF), что указывает на решающую роль гемодинамических изменений в развитии PE. Это было подтверждено лечением α -адреноблокатором празозином, который предотвращал как повышение TPR, так и появление плеврального выпота [39, 40]. Наши результаты соответствуют предыдущим исследованиям на животных с использованием однократных инъекций высоких доз NE или адреналина. Эти методы лечения спровоцировали легочное кровотечение и отек в результате генерализованной системной вазоконстрикции и повышенного объема крови в легочном сосудистом русле [32, 41].

Инфузия

NE также вызвала воспаление легких, которое развивалось параллельно с ПЭ. Воспаление отражалось повышенной экспрессией провоспалительных цитокинов, таких как IL-6, IL-1 α и IL-1 β , а также гистологией легких. Через 8 часов инфузии концентрация белка IL-6 в сыворотке крови увеличивалась до 6-кратного уровня по сравнению с контролем. Аналогичным образом, повышенные концентрации IL-6 были обнаружены в PF и жидкости бронхоальвеолярного лаважа (BALF). Через 12 часов белок IL-6 начал увеличиваться в легочной ткани и достиг значимости через 48 часов.Гистология легких показала сильный интерстициальный и умеренный альвеолярный отек, а также умеренное воспаление через 24 часа инфузии NE. ПЭ постепенно исчезла в течение следующих 2 дней, а через 72 часа воспаление стало еще более выраженным [42].

Инфузия

NE индуцирует экспрессию мРНК IL-6, его транскрипционных факторов C / EBP- β и C / EBP- δ , а также его рецепторов в сердце [43]. Более того, NE также увеличивал экспрессию мРНК IL-1 β , и этот эффект предотвращался комбинированной α - и β -блокадой [44].Воспаление легких может быть результатом сильной симпатической активации. Это наблюдалось в стрессовых ситуациях, таких как кровотечение [37, 45, 46] или упражнения на большой высоте [47, 48]. Авторы сообщили о повышенных концентрациях провоспалительных цитокинов, таких как IL-1 β , IL-6 и фактор некроза опухоли (TNF) - α , а также о повышенном количестве и функции воспалительных клеток в легких и в ЖБАЛ. У пациентов с феохромоцитомой может развиваться системное воспаление, связанное с избыточной выработкой IL-6.Считается, что это следствие высокого уровня циркулирующего NE [11, 12].

Воспалительные процессы могут вызывать или ухудшать ПЭ, повреждая альвеолярно-капиллярный барьер, вызывая, таким образом, экстравазацию белковой жидкости и переполнение альвеол. Участие воспаления описано для различных типов ПЭ, даже для тех типов, которые, как считается, инициируются гемодинамическими изменениями в малом круге кровообращения, такими как НПЭ или высокогорный отек легких (HAPE) [27, 28, 47, 49] .При этих типах ПЭ воспаление может поддерживать и даже усугублять сдвиг жидкости и белка.

В соответствии с этими выводами мы интерпретировали результаты нашей экспериментальной модели следующим образом: гемодинамические изменения, то есть увеличение TPR из-за общей вазоконстрикции и повышенного RVSP, могут вызывать переполнение и застой в малом круге кровообращения. Как следствие, повышается давление в легочных капиллярах и, следовательно, фильтрация жидкости. Повышенное капиллярное давление оказывает давление на стенки капилляров, и наложенное воспаление может затем вызвать нарушение альвеолярно-капиллярного барьера.Если эти процессы развиваются медленно, компенсаторные механизмы, такие как клиренс альвеолярной жидкости (AFC) и фильтрация в плевральную полость, могут предотвратить или ослабить образование отека или, по крайней мере, альвеолярное затопление. Хотя после массивной черепно-мозговой травмы NPE может развиться в течение очень короткого промежутка времени (например, от секунд до нескольких минут [14]), наша модель инфузии NE вызвала длительное развитие отека и, следовательно, позволила частичную компенсацию за счет образования плеврального выпота (см. рисунок 1).


4.Ответы на α -адренергическую стимуляцию

В нашей модели на крысах мы также исследовали эффекты избирательной α - или β -адренергической стимуляции. Для лечения α -адренорецепторов мы использовали либо α -адренергический агонист фенилэфрин (PHE, 0,5 мг / кг - 1 ч - 1 ), либо комбинацию с NE (0,1 мг / кг - 1 ч - 1 ) и β -блокатор пропранолол (1.0 мг кг - 1 ч - 1 ). При обоих типах инфузии отек развивался быстрее и был более серьезным, чем при использовании только NE. ПЭ уже возникла менее чем через 1 час инфузии и достигла своего пика через 8 часов, проявляя тяжелый богатый белком альвеолярный отек [40, 50]. Однако у этих животных было лишь небольшое количество PF. Выраженность отека зависела от дозы ПГЭ - при дозе 3 мг / кг -1 ч -1 тяжелый богатый белком отек с гиалиновыми мембранами присутствовал через 6 часов инфузии.Гистология легких сильно напоминала гистологию острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС) человека. Фактически, несколько животных умерли от отека в течение первых 24 часов инфузии. При более низкой дозе 0,5 мг / кг -1 ч -1 преждевременной смерти не наблюдалось [50].

Эти данные согласуются с результатами более раннего исследования α -адренергических эффектов у анестезированных и биваготомизированных крыс. Это исследование показало, что высокие дозы адреналина или ПГЭ вызывали богатый белком альвеолярный и интерстициальный отек, который быстро становился летальным.Как формирование ПЭ, так и последующая смерть можно было предотвратить с помощью β-адренергической блокады, в то время как селективный антагонист β-адренорецепторов йохимбин оказался неэффективным [51]. Сильная артериальная гипертензия и повышенная проницаемость легочных капилляров из-за повреждения стенок капилляров являются важнейшими патогенетическими механизмами β-адренергической стимуляции при формировании отека легких [51, 52].

При лечении α -адренергическими средствами мы наблюдали более раннее повышение TPR, чем при инфузии NE, но, напротив, частота сердечных сокращений оставалась на уровне контроля [50].RVSP увеличивался только при наивысшей дозе PHE. Это может объяснить более тяжелую степень отека у этих животных. Но даже без повышенного RVSP, генерализованная вазоконстрикция, отраженная повышенным TPR и низким сердечным выбросом, приводила к застою в легочном сосудистом русле. Аналогичный механизм с вазоконстрикцией, увеличением постнагрузки ЛЖ и снижением сердечного выброса был предложен для развития ПЭ после местного или подслизистого применения ПГЭ или адреналина. Некоторых пациентов, о которых сообщалось в этих исследованиях, затем лечили β -блокаторами, но их сердечно-легочная функция ухудшилась из-за снижения сократительной способности и неспособности увеличить частоту сердечных сокращений [53, 54].

В дополнение к этим гемодинамическим эффектам мы наблюдали признаки воспаления после инфузии ПГЭ или НЭ плюс пропранолол. Они были похожи или даже более выражены, чем при инфузии NE. Экспрессия мРНК провоспалительных цитокинов, таких как IL-1 α , IL-1 β и IL-6, увеличивалась в ткани легких до 25–60 раз по сравнению с контрольными значениями через 45 мин. Гистология показала обширное воспаление через 24 часа, за которым последовало увеличение количества нейтрофилов в БАЛ [40, 50].

Эффекты провоспалительной СА в основном опосредованы β-адренергическими механизмами. На мышиной модели эндотоксемии, индуцированной липополисахаридом (LPS), введение β-адренергического агониста PHE значительно увеличивало экспрессию мРНК провоспалительных цитокинов, таких как IL-1 β и TNF- α , нейтрофилами легких, в то время как β-адренергическая стимуляция предотвращала эндотоксин-индуцированное увеличение цитокинов нейтрофилов в легких [55]. В аналогичной модели на крысах и α -адренергическая стимуляция, и β -адренергическая блокада нейтрализовали противовоспалительные эффекты изофлурана [56, 57].Соответственно, α -адренергическая блокада фентоламином или празозином ослабляла увеличение провоспалительных цитокинов в легочной ткани и плазме [37, 48].

Эти данные - в соответствии с многочисленными сообщениями пациентов с НПЭ или с феохромоцитомой - ясно показывают, что α -адренергические механизмы, и особенно стимуляция β-адренорецепторов, могут вызывать ПЭ за счет гемодинамических и провоспалительных эффектов. В этом патогенезе первичным изменением является повышение легочного капиллярного давления из-за генерализованной вазоконстрикции, включая сужение легочных вен и массивный сдвиг крови в малое кровообращение.Повышенное давление в легочных сосудах приводит к увеличению транскапиллярной фильтрации, которое более чем пропорционально увеличению давления. При давлении выше 40 мм рт. Ст. Проницаемость микрососудов легких обычно увеличивается, что ухудшает состояние ПЭ [18] . Параллельно с этим в легких происходит активация провоспалительных цитокинов и накопление воспалительных клеток, таких как нейтрофилы и лимфоциты. Воспаление дополнительно увеличивает проницаемость микрососудов и, таким образом, может усиливать и поддерживать ПЭ (см. Рисунок 2 (а)).

5. Эффекты β -адренергической стимуляции

β -адренергической стимуляции также могут вызывать отек легких и воспаление, как мы наблюдали в наших экспериментах после инфузии любого изопротеренола (ISO, 0,024 мг / кг -1 ч - 1 ) или NE (0,1 мг / кг -1 ч -1 ) плюс α -адреноблокатор празозин (0,1 мг / кг -1 ч -1 ).

ПЭ была менее тяжелой, чем при лечении α -адренергическими средствами.Он медленно развивался до легкой степени и всегда ограничивался интерстицией. В отличие от α -адренергической стимуляции, она сопровождалась большим количеством ПФ. β -адренергическая стимуляция значительно увеличивала RVSP, но снижала TPR примерно до 60% от контрольных значений. Концентрация ИЛ-6 в сыворотке, ЛЖ и ЖБАЛ оставалась на уровне контроля. С другой стороны, мы наблюдали временное увеличение экспрессии мРНК IL-1 α , IL-1 β и IL-6 в легочной ткани после менее чем 1 часа инфузии.Гистология легких показала перибронхиальное воспаление через 24 часа, которое усилилось в течение следующих двух дней и было ненамного меньше, чем при инфузии α -адренергических рецепторов через 2-3 дня [40, 50].

Намного более низкая степень отека легких после β -адренергической стимуляции по сравнению с α -адренергической стимуляцией хорошо согласуется с многочисленными сообщениями из клинических и экспериментальных наблюдений. Как у пациентов с феохромоцитомой, так и с NPE образование отека в основном было связано со стимуляцией α -адренорецепторов, и, следовательно, лечение α -адренорецепторов было эффективным в отношении разрешения отека [6, 13, 33, 34].Сообщалось о нескольких случаях ПЭ после интраоперационного местного применения ПГО [58, 59]. Такие осложнения, особенно интраоперационная смерть ребенка, в конечном итоге привели к разработке рекомендаций по использованию PHE в операционной [60]. Соответственно, ПЭ также может быть спровоцирована терапевтическим применением β -блокаторов, как было описано у пациента с феохромоцитомой после пероральной терапии пропранололом. Авторы предположили, что ПЭ могла развиться как следствие очевидных α -адренергических эффектов и внезапного повышения сердечной постнагрузки из-за - и -блокады [61].

Описано несколько противоотечных эффектов β -агонистов. Во-первых, стимуляция β -адренергических рецепторов (AR) увеличивает AFC, что является важным механизмом предотвращения и разрешения отеков (см. Обзор [62]). Большинство легочных адренорецепторов представляют собой -AR, которые посредством цАМФ-зависимых и -независимых путей регулируют некоторые ключевые белки альвеолярного эпителиального транспорта ионов и жидкости, такие как эпителиальные натриевые и хлоридные каналы и Na + -K + -АТФаза [63–68].Более того, стимуляция -AR тербуталином может вызывать гиперплазию эпителиальных клеток альвеолярного типа II, что связано с большей AFC [69].

Во-вторых, β -агонистов, особенно агонистов -AR, могут оказывать противовоспалительное действие. Было показано, что они противодействуют воспалительным стимулам как в системном, так и в малом круге кровообращения. Обработка агонистами β -AR, такими как ISO, тербуталин и др., Ослабляла LPS-индуцированную секрецию TNF- α в различных клетках и тканях, включая ткань легких [70–73].В образцах венозной крови человека адреналин, а также β -адренергический агонист изопреналин ингибировали индуцированную ЛПС продукцию TNF- α , IL-1 β и IL-6 [74, 75]. Исследования in vivo по экспериментальному острому повреждению легких (ALI) у животных и людей также подтвердили противовоспалительные эффекты β-адренергических агонистов, включая значительное подавление провоспалительных медиаторов и цитокинов, таких как IL-6 и TNF- α , индукция противовоспалительного цитокина ИЛ-10 и снижение инфильтрации нейтрофилов в легких [73, 76–78].Соответственно, на модели эндотоксемии крыс было показано, что блокатор β -адренорецепторов пропранолол противодействует противовоспалительным эффектам летучих анестетиков [57].

В-третьих, β -адренергическая стимуляция может снизить проницаемость альвеолярно-капиллярного барьера. В системных сосудистых руслах они, как было показано, противодействуют увеличению проницаемости сосудов, вызванному гистамином или брадикинином [26]. Инфузия изоцианата в изолированные легкие крысы значительно ослабляла увеличение проницаемости микрососудов, вызванное высоким давлением в легочной вене [79].Аналогичные защитные эффекты агонистов β -AR со снижением проницаемости эндотелия были продемонстрированы как на животных моделях повреждения легких, так и у пациентов с ОРДС [80–83]. Как у пациентов с ОРДС, так и в культивируемых эпителиальных клетках легких сальбутамол снижает проницаемость альвеолярно-капилляров за счет стимуляции заживления эпителиальной раны [84]. Повышенная внутриклеточная концентрация цАМФ является важным медиатором снижения проницаемости, так как снижает провоспалительные реакции макрофагов и нейтрофилов.Он также стабилизирует цитоскелет, регулируя фосфорилирование легкой цепи миозина в эндотелиальных клетках [85, 86].

Все эти положительные эффекты β -адренергических агонистов положили начало исследованиям терапевтического использования агонистов β -AR против отека легких. Было сделано много многообещающих открытий в отношении лечения и профилактики HAPE, ALI / ARDS и других типов PE [84, 87–90]. Однако более поздние рандомизированные плацебо-контролируемые клинические испытания не смогли доказать значительного преимущества лечения агонистами β -AR в отношении клинического исхода или смертности у пациентов с ОПЗ или ОРДС.Следовательно, нельзя рекомендовать рутинное использование аэрозольной или внутривенной терапии агонистами у пациентов на ИВЛ [91, 92].

Наша экспериментальная модель показала, что введение β -адренергических веществ может вызывать отек легких и воспаление; однако это повреждение было менее тяжелым, чем при α -адренергической стимуляции [40, 50]. Акушеры неоднократно сообщали о случаях острой ПЭ после токолитического лечения агонистами β -AR, такими как ритодрин или сальбутамол [93–97].Однако ТЭЛА необычна у небеременных пациентов, получающих β -адренергическую терапию, например противоастматическую терапию. Это осложнение у беременных может быть вызвано несколькими состояниями, такими как увеличение объема крови, увеличение сердечного выброса, гемодилюция со снижением онкотического давления плазмы из-за активации системы ренин-ангиотензин-альдостерон, ятрогенная перегрузка жидкостью, повышенная проницаемость легочных капилляров, наличие сердечно-сосудистой системы. болезнь и другие [93, 98–100].Стимуляция β -AR может усиливать некоторые из этих факторов, например сердечный выброс и активность ренин-ангиотензин-альдостероновой системы. Помимо нашего исследования [40, 50], существуют другие экспериментальные и клинические сообщения об образовании отеков из-за β -адренергической стимуляции. Rona с соавторами [101] продемонстрировали дозозависимое развитие PE при инфузии ISO крысам. У пациента с феохромоцитомой с некардиогенной ТЭЛА стойкая постуральная гипотензия и тахикардия предполагали преобладающую β -адренергическую гиперактивность [7].

β -адренергическая стимуляция вызывает вазодилатацию, увеличение сердечного выброса и повышение объема центральной крови. Считается, что подобные гемодинамические особенности участвуют в формировании HAPE. Активация симпатической нервной системы с повышенным сердечным выбросом и вазодилатацией в сочетании с негомогенной гипоксической вазоконстрикцией и последующей регионарной гиперперфузией в легких может привести к повышению легочного артериального и капиллярного давления. Это считается начальной причиной HAPE [102–105].Исходя из гемодинамических эффектов β -адренергической стимуляции в нашем исследовании, особенно из-за увеличения сердечного выброса, который более чем вдвое превышал значение инфузии NE [40], мы могли бы ожидать переполнения легочной кровью и, как следствие, увеличения фильтрации жидкости в них. животные.

Существует множество исследований, в которых сообщается о противовоспалительном эффекте β -адренергической стимуляции. Однако некоторые данные показали, что β -адренергических механизмов также могут быть вовлечены в провоспалительные реакции.Несколько исследований продемонстрировали, что длительное использование и высокие дозы агонистов β -AR для лечения астмы связаны с повышенным образованием провоспалительных медиаторов. Этот неблагоприятный эффект основан на блокаде противовоспалительных эффектов эндогенных или экзогенных глюкокортикоидов (ГК) путем ингибирования их связывания с ДНК [106]. Более того, исследования in vivo и in vitro показали, что, помимо снижения противовоспалительных эффектов GC, агонисты β -адренергических рецепторов также стимулируют воспаление, опосредованное эозинофилами [107, 108].Стресс-индуцированная стимуляция β -AR также оказывает провоспалительное действие на альвеолярные макрофаги, о чем свидетельствует усиленная секреция IL-1 β и TNF- α . Это было полностью купировано β -адреноблокаторами, но было увеличено еще больше при α -адренергической блокаде [109]. Результаты нашего исследования - достоверное увеличение экспрессии мРНК провоспалительных цитокинов и перибронхиальных очагов воспаления в гистологии легких - подтверждают провоспалительный эффект β -адренергической стимуляции [40].

Некоторые авторы сообщили и обсудили усиление проницаемости легочных капилляров после введения β -AR агонистов. Это может быть результатом чрезмерного повышения капиллярного давления или другой основной причины повреждения легких, такой как воспаление или повреждение эндотелия. В экспериментальной модели повреждения легких олеиновой кислотой у собак инфузия тербуталина усиливала капиллярно-альвеолярную утечку. Авторы предположили, что повышенный сердечный выброс и снижение легочного сосудистого сопротивления увеличивают перфузионную поверхность за счет привлечения поврежденных капилляров [110].В нашем исследовании с инфузией β -адренорецепторов отек легких не повлиял на альвеолы, что указывает на довольно низкую проницаемость капилляров [40, 50]. Индукции PE может способствовать десенсибилизация и подавление -AR после продолжительной β -адренергической стимуляции. Эти эффекты были связаны со сниженным увеличением цАМФ и AFC [67, 111]. Нарушение AFC, однако, произошло временно после 48 часов инфузии с ISO в дозе 0,4 мг / кг -1 ч -1 и затем восстановилось через 96 часов продолжения инфузии [112].Более того, степень снижения AFC была дозозависимой: в то время как умеренные дозы ISO (0,04 мг / кг -1 h -1 ) подавляли индуцированное тербуталином увеличение AFC на 26%, на стимуляцию AFC не влияли низкие дозы (0,004 мг / кг). −1 h −1 ) ISO [111]. В нашем исследовании мы использовали непрерывную инфузию ISO в относительно низкой дозе 0,024 мг / кг -1 ч -1 , и это временное нарушение AFC может объяснить формирование отека, которое развивалось довольно медленно [40, 50].

В совокупности, несмотря на многочисленные β -адренергические эффекты, которые способствуют профилактике и разрешению ПЭ, эти вещества могут также спровоцировать образование ПЭ. Гемодинамические эффекты β -адренергической стимуляции могут увеличивать объем легочной крови и, следовательно, фильтрацию жидкости. Более того, воспалительные процессы могут развиваться, что еще больше улучшает фильтрацию жидкости. ПЭ может возникнуть, когда нормальная регуляция транспорта легочной жидкости нарушена, например, когда компенсаторные механизмы легких, такие как AFC или образование плеврального выпота, нарушены или чрезмерно загружены (см. Рисунок 2 (b)).

6. Заключение

Эндогенные и экзогенные СА могут индуцировать ПЭ. Развитие ПЭ наблюдалось при α -адренергической стимуляции, но также при β -адренергической стимуляции. Основные механизмы, участвующие в формировании PE, изображены на рисунке 2. При α -адренергической стимуляции, PE в основном возникает в результате повышения легочного артериального и капиллярного давления из-за сильной генерализованной вазоконстрикции. Оно может поддерживаться и усугубляться воспалением и нарушением альвеолярно-капиллярного барьера. β -адренергическая стимуляция увеличивает сердечный выброс и приводит к генерализованной вазодилатации. Это может привести к избыточной перфузии легких и вызвать ТЭЛА, когда компенсаторные механизмы подавлены.

Сокращения
ARDS адренергический рецептор .v .: PHY Систолическое давление в правом желудочке
AFC: Клиренс альвеолярной жидкости
ALI: Острое повреждение легких
AR:
респираторный дистресс-синдром
BALF: Жидкость для бронхоальвеолярного лаважа
CA: Катехоламин
GC: Глюкокортикоид
HAPE High-Dema HAPE Внутривенно
IL: Интерлейкин
ISO: Изопротеренол
LPS: Липополисахарид
левый вентрик Норэпинефрин
NPE: Нейрогенный отек легких
PE: Отек легких
PF: Плевральная жидкость Плевральная жидкость
TNF: Фактор некроза опухоли
TPR: Общее периферическое сопротивление.
.

% PDF-1.3 % 486 0 obj> endobj xref 486 36 0000000016 00000 н. 0000001517 00000 н. 0000001016 00000 н. 0000001632 00000 н. 0000001689 00000 н. 0000002001 00000 н. 0000002120 00000 н. 0000002236 00000 н. 0000002420 00000 н. 0000003141 00000 п. 0000003536 00000 н. 0000003690 00000 н. 0000003726 00000 н. 0000004220 00000 н. 0000004508 00000 н. 0000004610 00000 н. 0000005918 00000 н. 0000007214 00000 н. 0000008555 00000 н. 0000008743 00000 н. 0000008904 00000 н. 0000009159 00000 н. 0000010398 00000 п. 0000010883 00000 п. 0000011011 00000 п. 0000012260 00000 п. 0000013163 00000 п. 0000014178 00000 п. 0000015003 00000 п. 0000017673 00000 п. 0000027381 00000 п. 0000032864 00000 п. 0000033635 00000 п. 0000034531 00000 п. 0000034724 00000 п. 0000035079 00000 п. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 488 0 obj> поток xb``f``f`c`Pgg @

.

PPT - Глава 19 Клеточные механизмы развития Презентация в PowerPoint

  • Глава 19 Клеточные механизмы развития AP Biology 2011

  • Развитие Процесс систематических, направленных геном изменений, посредством которых организм формирует последовательные этапы своей жизни цикл Разбитый на 4 подпроцесса

  • 1. Рост (деление клеток) Контролируется циклинами и циклин-зависимыми киназами (Cdks), контролирует и направляет деление клеток через митотические контрольные точки

  • После оплодотворения следует расщепление As деление продолжается, клетки становятся все меньше и меньше - каждая клетка известна как бластомер.Эти клетки могут развиваться в любую ткань. Каждая ткань имеет свою собственную тканеспецифичную стволовую клетку

  • Стволовые клетки 1. тотипотентные - становятся клетками любого типа 2. плюрипотентными - становятся множественными разными типами клеток

  • У млекопитающих Стадия расщепления длится пять или шесть дней, образуя внешний слой бластоцисты - внутренний слой плаценты - эмбрион эти клетки можно удалить и выращивать в культуре - эмбриональные стволовые клетки

  • ES-клетки можно стимулировать для образования различных тканей В группах различают растения и животные - см. «Рост растений происходит в определенных областях, называемых меристемами», страницы 372-373

  • 2.Дифференциация клеток Определение клеток - связывает клетку с определенным путем развития. Определяется экспериментом. Клетки перемещаются из одного места в эмбрионе в другое, если они развиваются так, как они должны были бы развиваться, то они определяются, если нет, то они еще не определены

  • Детерминация зависит от внутренних и внешних событий Все зависит от организма, который должен развиваться Во многих случаях это зависит от стадий

  • Клетки могут быть частично зафиксированы - получает маркер, который определяет, будет ли он находиться в эмбрион Прочтите пример курицы - Страницы 373 - 374

  • Запрос Вам нужно будет прочитать разделы на страницах 374–375 Что определяет, действует ли Macho-1 как репрессор транскрипции или как репрессор транскрипции?

  • 3.Формирование паттерна Пример организма - эмбриогенез дрозофилы - оплодотворение до личинки Развитие начинается до оплодотворения Медсестры перемещают мРНК в яйцеклетку После оплодотворения эта материнская мРНК направляет развитие до тех пор, пока не произойдет несколько митотических делений

  • После 12 ядерных делений без цитокинеза около 4000 Образуется ядер. Структура известна как синцитиальная бластодерма. Ядра могут сообщаться друг с другом. Ядра затем равномерно размещаются и образуют мембраны - клеточная бластодерма. В течение дня формируется сегментированное трубчатое тело.

  • Передняя и задняя оси формируются во время созревания. из ооцитов Бикоидные белки образуют передний конец. Нанобелки образуют задний конец.

  • Другие материнские месснегеры 1.горбун - активирует гены передних структур 2. каудальный - активирует гены задних (брюшных) структур

  • Дорсальная и вентральная оси образованы продуктом дорсального гена РНК Гуркена накапливается на одной стороне клетки, образуя дорсальная сторона клетки. Другая сторона без РНК гуркена развивается в вентральную сторону.

  • Сегментированный план тела определяется генами сегментации • Гены гэпа - 9 генов, включая горбуна • Гены правила пар - 8+ генов, таких как as hairy производят 7 отдельных полос белка 3.Гены полярности сегментов - 9+ генов, таких как engrailed, который различает A / P из 7 полос

  • Необходимо установить следующую идентичность Гомеотические гены - гены, которые могут производить похожие части тела - понимание пришло от мутантов

  • Bithorax complex - контролирует развитие заднего конца мухи и всего живота • Antennapedia complex - контролирует развитие переднего конца мухи

  • Сравните формирование рисунка животных и растений. Посмотрите на гомеобокс и MADS-бокс.

  • 4. Морфогенез Создание упорядоченной формы и структуры Для достижения этого животные регулируют 1. количество, время и ориентацию делений 2. рост и увеличение клеток 3. изменения в клетках форма 4. миграция клеток 5. гибель клеток

  • Число, время и ориентация делений Положение веретена будет определять размер каждой дочерней клетки - неравный цитокинез

  • Изменения в форме клеток Форма приведет к дифференциации 1.аксоны (нервные клетки) - соединяют большой палец стопы со спинным мозгом 2. миопласты - дифференцируются в многоядерные мышечные клетки

  • Гибель клеток Планируется смерть некоторых клеток - Примеры апоптоза - перепонки между пальцами - многочисленные нейроны - - хвост головастика

  • .

    Текущее представление о функциональных биоматериалах для ухода за ранами, молекулярной и клеточной терапии

    Сложный процесс заживления ран включает в себя активацию биологических путей, которые работают согласованно для регенерации тканевого микроокружения, состоящего из клеток и внешнего клеточного матрикса (ВКМ) с ферментами, цитокины и факторы роста. Отчетливые стадии характеризуют реакцию млекопитающих на повреждение ткани: гемостаз, воспаление, образование новой ткани и ремоделирование ткани. Гемостаз и воспаление начинаются сразу после травмы, в то время как образование новой ткани, наряду с миграцией и разрастанием клеток в области раны, происходит в течение от первой недели до десяти дней после травмы.В этой обзорной статье мы обсуждаем подходы в тканевой инженерии и регенеративной медицине для решения каждого из этих процессов посредством применения биоматериалов, либо в качестве поддержки естественной микросреды, либо в качестве средств доставки функциональных гемостатических, антибактериальных или противовоспалительных агентов. Молекулярные методы лечения также обсуждаются с особым вниманием к методам доставки лекарств и генной терапии. Наконец, рассматривается клеточное лечение и дается взгляд на будущее биоматериалов для доставки лекарств и ухода за ранами.

    1. Введение

    Восстановление тканей и заживление ран - это сложные физиологические процессы, при которых поврежденная ткань восстанавливается после травмы, такой как поверхностный разрез, внутреннее кровотечение или иссечение опухоли. Процесс заживления ран обычно делится на последовательные, но частично перекрывающиеся фазы (Рисунок 1): гемостаз (свертывание для остановки кровотечения), воспалительный ответ (удаление бактерий и остатков тканей из места повреждения), пролиферация (деление клеток для регенерации). ткань, ангиогенез и отложение матрикса) и ремоделирование (клеточный апоптоз и перестройка матрикса во вновь образованной ткани) [1].Реакция заживления ран включает прямую связь между клетками и клеточным матриксом, в дополнение к непрямой связи между различными типами клеток через растворимых молекул. Эти взаимодействия могут быть усилены или ускорены за счет стратегической доставки гормонов, гемостатических агентов, противовоспалительных препаратов, соединений, индуцирующих ангиогенез, и факторов роста клеток.


    Специфика терапевтического подхода зависит от типа раны и свойств тканей.Например, раны могут быть послеоперационными (закрытыми) или эксцизионными (открытыми), острыми (в результате пореза или огнестрельного оружия) или хроническими (из-за длительной инфекции или основного заболевания). В последнем случае нарушается процесс заживления ран. Как поверхностные, так и внутренние раны можно лечить с помощью ряда повязок, которые варьируются от местных фармацевтических составов, а также марлей и синтетических повязок до современных материалов, таких как гидроколлоиды, гидрогели и пены, а также биоматериалы. Тип раны диктует выбор лекарственного средства и носителя для его доставки, чтобы помочь процессу восстановления тканей: повязка может быть выбрана из-за ее способности поглощать экссудаты из раны или разрушать и высвобождать биополимер, используемый на стадии пролиферации.Другой материал может оказаться лучшим средством доставки лекарств, в то время как еще один будет лучше подходить для инкапсулирования факторов роста клеток. И наконец, что не менее важно, факторы, влияющие на выбор лечения, также включают стоимость, простоту обращения и возможность ускорить процесс заживления.

    В этом обзоре мы сосредотачиваемся на процессах заживления ран во взрослой ткани (в отличие от ткани плода) и вводим ряд молекул, которые играют ключевую роль в этих процессах. Затем мы обсуждаем взаимодействия между тканями и биоматериалами, такие как требования к повязкам на основе биоматериалов.Наконец, мы обращаемся к молекулярной и клеточной терапии для лечения внешних и внутренних ран.

    2. Естественный процесс заживления ран
    2.1. Гемостаз

    Гемостаз включает в себя ряд процессов, которые работают вместе, чтобы остановить кровотечение из раны. В неповрежденных кровеносных сосудах эндотелиальные клетки секретируют ингибитор коагуляции тромбомодулин и вырабатывают простациклин и оксид азота для предотвращения агрегации тромбоцитов [2]. В случае повреждения кровеносного сосуда эндотелиальные клетки переключаются на производство фактора фон Виллебранда (vWF), чтобы начать гемостаз.Одновременно с этим процессом происходит сужение сосудов, чтобы ограничить количество крови, покидающей поврежденный сосуд, за которым следует образование тромбоцитарной пробки, которая блокирует разрыв сосуда. Последним этапом гемостаза является образование фибринового сгустка за счет выработки плазменного фактора VII (FVII) [3, 4] и протромбина. Фибрин - это тип коллагенового волокна, которое образуется вокруг пробки тромбоцитов, закрепляя ее на месте [5]. Белые и красные кровяные тельца захватываются фибриновой структурой, и этот процесс называется свертыванием крови.И тромбоцитарная пробка, и фибриновый сгусток служат для закрытия физического отверстия в кровеносном сосуде до заживления ткани.

    2.2. Воспалительный ответ

    В фазе воспаления активируются интерлейкины, тип цитокинов. Интерлейкин 6 (ИЛ-6) [6] стимулирует активацию макрофагов и хемотаксис моноцитов, а интерлейкин 8 (ИЛ-8) [7] способствует неоваскуляризации и пролиферации нейтрофилов. Различные типы лейкоцитов отвечают за противодействие патогенам и за разрушение поврежденной ткани и создание новой, здоровой ткани.Остальные стадии реакции заживления ран особенно чувствительны к аномальному увеличению или снижению активности лейкоцитов.

    2.3. Пролиферация

    На стадии пролиферации макрофаги и нейтрофилы выделяют хемоаттрактанты, притягивающие фибробласты к месту раны и обеспечивающие синтез и ремоделирование внеклеточного матрикса (ЕСМ) [8]. Миграции клеток способствует выработка гиалуроновой кислоты (HA), которая поглощает воду и придает ткани способность сопротивляться деформации [9].

    2.4. Ремоделирование

    Коллаген - самый распространенный структурный белок в ECM человека. Коллаген I типа преобладает и активируется декорином при заживлении ран [10]. Производство неорганизованных и сильно сшитых коллагеновых структур типа I приводит к фиброзу или рубцам, новой ткани, которая визуально отличается от окружающей неповрежденной ткани.

    Ремоделированию ЕСМ также способствуют протеазы, такие как тканевые ингибиторы (ТИМП) и матриксные металлопротеиназы (ММП), например коллагеназа [8].Образование рубцов отмечено повышенной активностью ТИМП-1 [11] и ТИМП-3 [12]. Как правило, рубцевание сопровождается более низким соотношением экспрессии ММП и ТИМП, так как медленный обмен коллагена приводит к увеличению накопления белка. Плазминоген - еще одна протеаза, играющая ключевую роль в заживлении ран [13]. Когда он активируется до плазмина, он способствует фибринолизу, предотвращая рост фибринового сгустка и, в конечном итоге, его разрушение.

    Трансформирующий фактор роста-бета - это семейство цитокинов, участвующих во многих частях клеточного цикла: росте, пролиферации, дифференцировке и апоптозе клеток [14].Они служат хемотаксиком для фибробластов, стимулируя выработку коллагена типа I. Одновременно TGF- β также снижает экспрессию ММП, что приводит к накоплению коллагена. В случае повреждения ткани экспрессия TGF- β активируется сигнальными факторами, такими как декорин, фибромодулин и индуцируемый гипоксией фактор-1-альфа (HIF-1-альфа). Что касается кожных ран, передача сигналов TGF- β в кератиноцитах снижена, что приводит к ускоренной реэпителизации раны [15].

    Два дополнительных фактора роста, которые усиливают фиброз, - это фактор роста тромбоцитов (PDGF) [16, 17] и фактор роста фибробластов (FGF) [18]. PDGF служит хемоаттрактантом фибробластов, и его экспрессия увеличивается во время образования фиброзной ткани. Фактически FGF представляет собой совокупность множества цитокинов, таких как факторы роста кератиноцитов, которые сильнее выражаются при заживлении ран, чем в здоровой ткани.

    Наконец, цитокином, который сигнализирует эндотелиальным клеткам о переходе на митотическую стадию, является фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) [19].Примечательно, что экспрессия VEGF повышена в нефибротических ранах по сравнению с рубцовыми ранами.

    3. Взаимодействие тканей и биоматериалов
    3.1. Функциональные требования к биоматериалам для заживления ран

    Повязки на основе гидрогеля для кожных ран создают барьер между раной и внешней средой, таким образом предотвращая инфицирование и поглощая экссудаты (такие как вода, плазма и эритроциты). Точно так же биоматериалы, используемые для внутренних ран, должны отталкивать или повреждать микробы и другие инфекционные агенты, быть гидрофильными и достаточно пористыми, чтобы абсорбировать выделяемые жидкости, и / или иметь достаточно большой фактор набухания, чтобы заполнять любые пустоты в поврежденной ткани.Чтобы предотвратить воспалительную реакцию на сам гидрогель, материал должен быть биологическим и разлагаемым в масштабе времени, сравнимом с процессом заживления раны (порядка дней) [20, 21]. Кроме того, гидрогели могут служить в качестве средств доставки лекарств и других соединений для заживления ран, и с ними можно манипулировать, чтобы обеспечить контролируемое высвобождение этих компонентов как в пространстве, так и во времени [22, 23]. Следовательно, клеточный ответ на участке раны можно контролировать и значительно ускорять путем введения гемостатических, иммуномодулирующих, антибиотических, ангиогенезных и клеточных средств, регулируемых носителями гидрогеля.

    Медицинские повязки разработаны для выполнения одной или нескольких функций: остановка кровотечения, помогая закрыть рану, поглощать плазму, кровь и другие выделяемые жидкости, очищать рану путем удаления посторонних предметов с места, защищать пораженный участок от патогенов, и способствовать грануляции или улучшить эпителизацию. В зависимости от цели лечения, повязка может быть разработана для контроля влажности раны, предотвращения инфекции или поддержания оптимальной микросреды (например, pH и температуры).Затем цель лечения диктует конструктивные параметры биологической повязки, такие как гидрофильность (повязка может быть гидрофильной или гидрофобной, чтобы контролировать скорость прохождения жидкости из раны), пористость и коэффициент набухания (чтобы позволить инкапсулированному лекарственному средству диффундировать в рана) и деградации (чтобы высвободить биоматериал в рану и способствовать регенерации ткани).

    Более конкретно, современные методы лечения ран фокусируются, среди прочего, либо на предотвращении повреждения ВКМ путем доставки определенных белков к месту раны, либо на обеспечении синтеза ВКМ с помощью различных факторов роста или аутологичных белков.Например, ЕСМ, содержащиеся в повязках на основе гидрогеля, могут способствовать адгезии клеток и, таким образом, способствовать регенерации тканей.

    Цели, перечисленные выше, могут быть достигнуты с помощью ряда биоактивных гидрогелей, таких как гидрогели на основе коллагена, ГК, хитозана, альгината или эластина, а также предшественников многозвенного (поли) этиленгликоля (ПЭГ). Например, определенные молекулы из ЕСМ могут быть связаны с гидрогелями, такими как PEG, чтобы сделать их биоактивными [24]. Было показано, что такие биоактивные гидрогели являются цитосовместимыми и не вызывают значительных воспалительных реакций, но, тем не менее, они обеспечивают полезные физические и химические характеристики для поддержки процесса регенерации тканей [20, 25].Например, повязки на основе альгината обычно имеют большой коэффициент набухания и способны абсорбировать большие объемы экссудата в ранах [26]. Кроме того, их также можно наносить на сухие раны после обработки физиологическим раствором. Коллаген, являющийся основным структурным белком в различных соединительных тканях, является главным кандидатом для повязок, обеспечивающих структуры ВКМ [27]. Далее, хитин и хитозан известны своими адгезионными, а также антибактериальными и фунгицидными свойствами. Это делает оба полимера пригодными для перевязки ран в любой форме, от волокон и мембран до более крупных каркасов и гидрогелей [28, 29].Гиалуронан, еще один главный компонент ВКМ, также связан с ремоделированием ВКМ и способствует пролиферации клеток [9, 30]. Например, в некоторых повязках, используемых для лечения хронических ран, используются каркасы на основе гиалуронана, с фибронектином, связанным с белком, чтобы способствовать миграции клеток в рану. Наконец, эластин является несущим нагрузку и очень легко растягивающимся белком в соединительной ткани, который помогает, например, восстановить барьерную функцию кожи после травмы [31]. Эластин также помогает индуцировать синтез ECM, миграцию клеток и производство протеаз.

    Помимо их естественных свойств, различные биоматериалы могут использоваться для доставки функциональных молекул к участку раны, включая терапевтические средства. Например, альгинат и ПЭГ легко функционализировать с использованием методов химической конъюгации [32], в то время как материалы на основе поли (молочной- co -гликолевой кислоты) (PLGA) [33, 34] могут использоваться для контролируемого высвобождения молекул, встроенных в каркас из биоматериала. Фактор, происходящий из стромальных клеток (SDF, набор цитокинов, активирующих лейкоциты), VEGF и PDGF могут быть инкапсулированы в капсулы PLGA и высвобождены с течением времени, чтобы вызвать миграцию эндотелиальных клеток и образование сосудов или стабилизировать кровеносные сосуды и, в конечном итоге, вызвать ангиогенез.В результате PLGA находит применение в швах и имплантатах из-за его разрушающих свойств.

    Функционализируя биоматериалы или настраивая их физические свойства, можно создавать новые материалы для заживления ран с оптимальными антибактериальными, противовоспалительными и адгезивными свойствами. Чтобы вызвать желаемые гемостатические процессы, гликопротеины, такие как vWF, могут быть инкапсулированы в каркасы биоматериалов [35]. Кроме того, противовоспалительные молекулы могут доставляться к участку раны, инкапсулированные в гелях альгината кальция [26].Наконец, антибактериальные свойства некоторых повязок из биоматериалов могут быть усилены путем инкапсуляции антибактериальных агентов, таких как ванкомицин [36] и амоксициллин [37], в каркасы и гидрогели.

    3.2. Взаимодействие биоматериалов на поверхности

    Поверхностное взаимодействие между биоматериалами и поврежденной тканью происходит в различных масштабах длины, от масштаба органа (миллиметры до сантиметра) и масштаба ткани (миллиметры) до масштаба отдельных клеток (микрометры) и белков (нанометры) [38, 39].Ткань или часть органа могут находиться в контакте с ЕСМ или повязкой на основе биоматериала в течение недель, а в случае органов - до месяцев или лет, и взаимодействия основаны на физическом контакте, врастании ткани и химическом связывании. . Чем меньше тканевый компонент, тем короче время взаимодействия: отдельные клетки взаимодействуют с биоматериалом в течение дней или недель через интегрин , в то время как отдельные белки (например, гликозаминогликаны (ГАГ)) взаимодействуют посредством вторичных связей и гидрофобных взаимодействий в таких временных масштабах. как секунды и минуты.К физическим и механическим механизмам взаимодействия относятся запутывание макромолекул и переплетение ECM с физической структурой биоматериала, например с порами. Основной химический тип взаимодействия - ионный, ковалентный или металлический, и он может сопровождаться водородными связями, ван-дер-ваальсовыми и гидрофобными взаимодействиями.

    Поверхности биоматериала могут вызывать изменения клеточного фенотипа, включая морфологию клетки, развитие или биохимические свойства. Зная это, различные свойства повязок на основе биоматериалов могут быть разработаны для обеспечения оптимальной скорости регенерации тканей.Например, размер пор каркаса может служить для регулирования скорости миграции клеток: чем меньше средний размер пор, тем ниже скорость миграции фибробластов в каркасах коллаген-GAG [40]. Тем не менее, было показано, что другие клетки, такие как клетки рака простаты, мигрируют быстрее, чем фибробласты, через тот же каркас. Кроме того, уменьшение диаметра пор связано с увеличением удельной поверхности биоматериала, предлагая более высокую плотность сайтов связывания для прикрепления клеток.

    Используя коллаген в качестве примера, можно задержать деградацию биоматериала, регулируя степень сшивания, прививая молекулы GAG к волокнам коллагена и сохраняя структуру нативного полимера (или избегая преждевременного разложения коллагена в желатин) [41]. Примечательно, что было показано, что плавление структуры четвертичного коллагена может уменьшить тромбоз, подавляя свертывание тромбоцитов и уменьшая воспалительный ответ [42]. В общем, каркасы биоматериалов (матрицы регенерации) могут потерять свою активность, если их химический состав, структура четвертичного белка, размер пор и скорость разложения выходят за пределы оптимального диапазона.

    4. Молекулярная терапия
    4.1. Методы доставки лекарств

    Большинство терапевтических препаратов вводятся перорально в форме аэрозолей, жидкостей, капсул или таблеток, так что они попадают в систему кровообращения через слизистую оболочку кишечника (или, в случае аэрозолей, через легкие). Внутрисосудистые и внутримышечные инъекции - еще один часто используемый способ транспортировки, который позволяет системе кровообращения транспортировать лекарство по всему телу, в том числе к месту раны [43–46].В случае наружных или открытых ран повязки также могут содержать биологически активные вещества, встроенные в каркас из биоматериала. Как правило, устройства доставки лекарств полагаются на свои специально разработанные физические и химические свойства (описанные ранее) для транспортировки лекарственного средства и, в конечном итоге, доставки соответствующего биологически активного агента в нужное время к интересующему участку, участку раны. Терапевтические или биоактивные агенты варьируются от низкомолекулярных лекарств до антител, белков, плазмидной ДНК и олигонуклеотидов.Примечательно, что устройства для доставки лекарств не только доставляют молекулы к участку раны, но также могут контролировать представление инкапсулированных агентов. Одним из примеров является использование генетически модифицированных клеток, которые сконструированы для экспрессии различных факторов роста или цитокинов, что является обычным подходом в генной терапии.

    4.2. Генная терапия

    Генная терапия - это область исследований, в которой основное внимание уделяется генетической модификации клеток в терапевтических целях. В этой дисциплине разработаны подходы к постоянной или временной трансформации клеток.Концепция генной терапии возникла в 1970-х годах, когда Фридман и Роблин предложили руководящие принципы генной терапии у людей [47]. С тех пор генная терапия для лечения ран в основном была представлена ​​в экспериментах с моделями ран на животных [48]. Тем не менее, разработка новых протоколов генной терапии для лечения широкого спектра моногенетических, а также многофакторных заболеваний продолжается, и недавно Марголис и его коллеги сообщили о результатах первого клинического испытания на людях генной терапии для заживления ран [49].

    Клеточные события, управляющие регенеративными процессами, строго регулируются сложными молекулярными механизмами. Манипулирование этими механизмами на генетическом уровне дает несколько преимуществ по сравнению с экзогенным применением веществ.

    In vivo или in vitro Методологии могут быть использованы для передачи генов в интересующую ткань [50]. При первом подходе клетки выделяют, культивируют и генетически модифицируют in vitro , а затем имплантируют в ткань, как показано на рисунке 2.Несмотря на то, что этот метод трудоемок, он позволяет избирательно переносить гены в определенный тип клеток-мишеней. Эффективность трансфекции можно определить количественно, а риск системного заражения можно снизить за счет автоматизации. Кроме того, избегается риск вредных эффектов, связанных с системным введением переносчиков. Второй подход включает прямую доставку гена к целевой клетке. Векторы могут быть направлены к участку восстановления тканей путем местного применения, инъекции или переносятся каркасами из биоматериала.Ограничениями этого метода являются низкая эффективность трансфекции и отсутствие полной специфичности. Выбор подходящей системы доставки жизненно важен для эффективной генной терапии. Клетки должны быть способны поглощать трансген и экспрессировать продукт в течение определенного периода времени в необходимом количестве. Более того, любая технология доставки генов должна быть нетоксичной, атравматичной и не вызывать иммунных реакций [51].


    Различные системы доставки можно разделить на биологические, физические и химические методы.Биологические методы дополнительно подразделяются на вирусные и невирусные. Вирусные методы используют вирусы в качестве векторов для доставки генетического материала в клетку-реципиент. Невирусные биологические векторы могут представлять собой бактерии, бактериофаги, вирусоподобные частицы или биологические липосомы. Небиологические методы доставки генов могут быть физическими и химическими. Доставляемые трансгены включаются в замкнутые кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами. Электропорация, ультразвук, инъекция иглой или гидродинамическая доставка задействуют физическую силу для доставки трансгена в клетку.В химических подходах в качестве переносчиков трансгенов используются природные или синтетические вещества.

    Более глубокое понимание сложных молекулярных механизмов, регулирующих клетки, участвующие в восстановлении тканей, заложило основу для терапевтических вмешательств с целью улучшения заживления ран. Такие методы лечения могут применяться для увеличения скорости заживления ран и улучшения качества вновь образованной ткани в ранах, осложненных отсроченным или недостаточным заживлением. Кроме того, можно манипулировать молекулярными механизмами, чтобы предотвратить чрезмерное рубцевание при фиброзных состояниях, таких как гипертрофические рубцы и келоиды.В этом контексте генная терапия предлагает несколько преимуществ перед прямым введением пептидных факторов. Пептиды, доставляемые в раневую среду, очень чувствительны к протеолитической деградации, что снижает эффективную дозу. Кроме того, секвестрация матриксом раны может предотвратить связывание с рецепторами на поверхности клеток. Генная терапия позволяет поддерживать устойчивую и регулируемую секрецию факторов в их надлежащем пространственном и временном контексте. Этот аспект особенно важен, поскольку факторы роста могут иметь разные эффекты в зависимости от типа клеток, концентрации и других одновременных сигналов от растворимых факторов, молекул адгезии и компонентов матрикса.

    Гены факторов роста широко используются в экспериментальной генной терапии для улучшения заживления ран. Наиболее часто используемый подход заключался в сверхэкспрессии генов, которые стимулируют реэпителизацию [52] или ангиогенез [53–56].

    Генная терапия показала большие перспективы в экспериментальных условиях как способ ускорения заживления ран. В настоящее время проводятся клинические испытания для оценки безопасности различных протоколов генной терапии у людей. Однако необходимы дальнейшие разработки, чтобы перенести генную терапию из экспериментальных условий в устоявшуюся клиническую практику.Для этого необходимо решить несколько вопросов. Технологии доставки генов должны быть дополнительно улучшены для достижения специфической и эффективной трансформации клеточного типа, не вызывающей иммунного ответа или провоцирующих токсических реакций. Генная терапия при заживлении ран не должна ограничиваться сверхэкспрессией отдельных факторов роста с целью ускорения восстановления тканей. Идентификация новых генов-мишеней станет важным шагом на пути к увеличению возможностей как количественного, так и качественного улучшения заживления ран.В частности, нацеливание на гены, кодирующие внутриклеточные факторы, может стать способом повышения терапевтической специфичности. Кроме того, одновременная доставка нескольких трансгенов и в разные моменты времени увеличит возможности стимулирования нескольких событий, действующих согласованно для улучшения заживления.

    5. Клеточная терапия

    Обычно лечение ран включает в себя исследование причины травмы и предоставление телу возможности восстановиться. Появление регенеративной медицины в сочетании с более глубоким пониманием клеточных и биохимических факторов, участвующих в заживлении ран, предоставило новые терапевтические возможности, направленные на изменение микросреды раны, способствуя регенерации.

    5.1. Биоматериалы для клеточной терапии

    Полимеры, происходящие из биологических источников, обычно делятся на нуклеотидные, белковые и поли (аминокислоты), полисахариды и поли (гидроксиалканоаты). Биополимеры были исследованы для приготовления биоматериалов для ряда применений. Однако каркасы из биоматериалов из биополимеров часто требуют улучшенных механических свойств, контроля пористости и оптимизации обработки для практического использования, регенеративной медицины.Было проведено множество исследований по приготовлению и применению каркасов на основе биополимеров. В таблице 1 приведены ссылки на некоторые биополимеры.

    121 9011 9011 9012

    Биологически полученные полимеры Каталожные номера

    Поли (гидроксиалканоат) s [80] Поли (гидроксиалканоат) [80] ] [81–83]
    Шелк червя [84]
    Шелк паука [85]
    Коллаген [27, 41, 42, 86] 9011 Эластин [31, 87–90]
    Резилин [91–93]
    Кератин / хитозан [94]
    Целлюлоза 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011

    Развитие клеточной терапии для заживления ран началось более 30 лет назад, когда были опубликованы первые успешные протоколы культивирования кератиноцитов [57].Со временем были разработаны небольшие листы ячеек [58]. С тех пор, как эти первые усилия были предприняты, лучшее понимание процесса заживления ран в сочетании с достижениями в методах культивирования клеток и разработкой систем биореакторов in vitro привело к созданию более сложных конструкций тканевой инженерии.

    Существующие конструкции лишены функциональных сенсорных нервов. Меланоциты использовались для заселения ожоговых шрамов и для лечения витилиго [59], но их еще предстоит включить в коммерческий заменитель кожи.Существенным ограничением была ограниченная жизнеспособность аллогенных клеток, используемых в большинстве тканевых эквивалентов кожи, а также высокая стоимость и ограниченный срок хранения, связанные с использованием аутологичных клеток. Кожа должна быть способной к регенерации, росту и адаптации к месту раны. Следовательно, стойкость клеток является важным фактором при разработке новых заменителей кожи. Хотя целью клеточной терапии является создание заменителя кожи in vitro , который может интегрироваться в сайт приживления in vivo , альтернативный подход заключается в разработке биосовместимой, рассасывающейся матрицы, которая может привлекать нативные тканевые клетки к поврежденным. сайт и облегчить заживление ран.Контроль микросреды раны является критическим аспектом этого подхода к заживлению ран. Как было продемонстрировано с доступными в настоящее время эквивалентами живой кожи, доставка компонентов внеклеточного матрикса и факторов роста, а не обязательно доставка клеток к месту повреждения, по-видимому, имеет наиболее благоприятный эффект [60]. Недавние открытия в биологии стволовых клеток и регенеративной медицине подчеркнули стратегию, которая может быть более продуктивной, чем традиционный клеточно-ориентированный подход. Обеспечивая правильную нишу для микросреды, можно стимулировать регенерацию ран in situ .

    5.2. Стволовые клетки для заживления ран

    Лечение длительно незаживающих ран остается трудным, несмотря на лучшее понимание патофизиологических принципов. Ранние данные предполагают использование мультипотентных стволовых клеток для ускорения заживления ран. До недавнего времени исследования в основном были сосредоточены на мезенхимальных стволовых клетках костного мозга; Стволовые клетки, полученные из жировой ткани (ADSC) и из волосяных фолликулов, по-прежнему вызывают все больший интерес с точки зрения потенциального применения для восстановления различных поврежденных тканей.

    Считается, что стволовые клетки способны дифференцироваться и обладают длительной способностью к самообновлению [61, 62]. Эти свойства вселили надежду на то, что эмбриональные стволовые клетки человека (чЭСК) могут быть полезны для лечения различных повреждений [63]. Несмотря на их исключительный потенциал, использование эмбриональных стволовых клеток остается предметом споров в научных и политических кругах. Чтобы обойти этические проблемы, Яманака и его коллеги создали плюрипотентные соматические клетки путем прямого перепрограммирования и сгенерировали плюрипотентные стволовые клетки из соматических клеток человека, которые были аналогичны чЭСК [64, 65].Следовательно, стволовые клетки, полученные из взрослых источников, потенциально могут быть похожи на эмбриональные стволовые клетки. Возможность регенерировать поврежденные ткани открывает путь к новым методам лечения, которые требуют строгой оценки в предварительных клинических испытаниях.

    Обнадеживающие результаты лечения на основе стволовых клеток постинфарктного восстановления миокарда [66] привели к применению аналогичных стратегий для лечения кожных ран [67–70]. Тем не менее, использование стволовых клеток кажется более выгодным по сравнению с факторами диффузии, поскольку стволовые клетки могут взаимодействовать со своим микроокружением раны [71].И наоборот, несмотря на вышеупомянутое улучшение заживления ран с использованием различных линий стволовых клеток, перед введением стволовых клеток пациентам необходимо обдумать несколько вопросов. Например, функциональность стволовых клеток с возрастом снижается; таким образом, пациенты старшего возраста могут не представлять идеальную популяцию в качестве доноров [72]. Также следует учитывать риск иммунологического отторжения при трансплантации или переливании крови в случае использования стволовых клеток из аллогенных источников. Другой часто обсуждаемый вопрос - способ доставки стволовых клеток.В идеале стволовые клетки должны сохранять свою мультипотентность до введения, чтобы ускорить приживление [70].

    В заключение, заживление ран требует правильного сочетания миграции и пролиферации клеток в дополнение к отложению ECM, ангиогенезу и ремоделированию. Для выделения стволовых клеток для заживления ран использовались различные источники. Тем не менее, необходимы дополнительные усилия для решения многих вопросов клинического применения стволовых клеток.

    6. Заключение и перспективы

    За последние десятилетия выдающиеся достижения и улучшение понимания в медицине, материаловедении и инженерии привели к большим достижениям в доставке лекарств и заживлении ран.Кроме того, микрофлюидные технологии показали беспрецедентные преимущества для синтеза биоматериалов и создания систем доставки лекарств на основе клеток. Более того, создание градиентов концентрации биохимических молекул [73] и внутри гидрогелей [74, 75] играет ключевую роль в морфогенезе тканей, а также в заживлении ран, бактериальной инвазии и иммунном ответе. Microfluidics может дополнительно предложить интегрированные структуры, напоминающие клеточную среду in vivo . Переход от 2D к 3D клеточной культуре произошел по мере того, как растущее число исследований установило значимые изменения в морфологии, миграции, дифференцировке и жизнеспособности клеток между 3D и 2D.Следовательно, были предприняты усилия по созданию 3D платформ для имитации in vivo микросреды [76–78]. Основываясь на этих событиях, мы ожидаем, что в будущем интегрированные микрофлюидные устройства для ухода за ранами смогут отслеживать все жизненно важные признаки процесса заживления, такие как уровень кислорода и температуру, и вносить коррективы, когда это необходимо, и передавать информацию специалистам в области здравоохранения. на месте или за его пределами [79].

    Проблемы, однако, все еще существуют. Например, технологии доставки генов потребуют дальнейшего совершенствования, чтобы сделать возможной специфическую и эффективную трансформацию клеточного типа, не вызывая иммунного ответа.В идеале, как клеточное, так и бесклеточное лечение должны обеспечивать доставку и пространственно-временной контроль множества молекул в месте раны, не требуя вмешательства медицинского специалиста. Наконец, идентификация новых генов-мишеней, а также новых соединений биоматериалов с множеством настраиваемых характеристик будет иметь жизненно важное значение для большого шага вперед в лечении ран. Таким образом, будущие исследования в этом направлении будут иметь огромное значение для приложений трансляционной медицины и терапии.

    Конфликт интересов

    Ни один из авторов не имеет конкурирующих финансовых интересов.

    .

    Смотрите также