В клинических условиях продемонстрировано, что выраженность окислительного стресса, оцениваемого по уровню в крови конечных метаболитов перекисного окисления липидов, в частности малонового диальдегида, пропорциональна тяжести перелома длинных трубчатых костей и максимальна при множественных переломах. В контексте рассматриваемой проблемы изменений иммунного статуса и процессов свободнорадикального окисления представляют интерес перспективные направления иммунокоррекции и вмешательства в редокс-статус у больных с травматическими переломами.
Цель работы – провести критический анализ научной литературы в базах данных, индексированных в рецензируемых источниках Рubmed и Российского индекса научного цитирования за период 2010–2018 гг., о механизмах окислительного стресса, роли активных метаболитов кислорода и оксида азота, дисбаланса про- и антиоксидантных систем плазмы и клеток в расширении зоны вторичной альтерации, отдаленных повреждениях клеток и внеклеточных структур в процессе системной реакции организма на травматическое повреждение бедренной кости.
Расширение зоны вторичной альтерации, вызванное избыточным негативным воздействием генерации активных форм кислорода (АФК), является одним из патогенетических факторов формирования синдрома ишемии-реперфузии [1]. При этом следует учитывать и регуляторную функцию АФК. Так, показано, что последние участвуют в активации МАР-киназ: экстрацеллюлярных сигнал-регулируемых (ERK), Jun-киназ (JNKs), p38 MAPK, регуляции образования внеклеточных нейтрофильных ловушек [2]. Особое значение при механических повреждениях тканей имеет образование пероксинитрита из NO в условиях дисфункции эндотелия (eNOS), продукции NO моноцитами/макрофагами (iNOS) и супероксид-анион радикала из ПЯН [3]. У больных с переломами бедренной кости зафиксирован высокий уровень продуктов NO в сыворотке в течение первых 6 часов с постепенным снижением к 21-м суткам [4]. Кроме образования пероксинитрита, это приводит к дефициту эффектов NO: регуляции тонуса артериол, адгезии и агрегации тромбоцитов, адгезии ПЯН к эндотелию и др.
Общая антиокислительная емкость сыворотки у больных с переломами бедренной кости возрастает в первые 6 часов после травмы, а затем снижается на 3-й, 7-й и 14-й день наблюдения [4]. Аналогичные результаты были получены в эксперименте на крысах с переломами бедренных костей при оценке уровня малонового диальдегида (МДА) в плазме на 3-и и 7-е сутки [5]. Конечный продукт перекисного окисления липидов (ПОЛ) МДА в эритроцитах у крыс с переломом бедра значимо увеличивается на 5-е, 10-е, 20-е и 30-е сутки наблюдения. Представляет интерес исследование редокс-статуса у 20 больных с переломами позвоночника, показавшее увеличение уровня в крови МДА, снижение активности глутатионпероксидазы и свободного глутатиона, что позволило автором констатировать оксидативный стресс и рекомендовать применение антиоксидантов [6]. При переломах бедренных костей в крови возрастает уровень не только продуктов ПОЛ, оцениваемый по МДА, но и карбонильных белковых соединений [7].
При хирургическом лечении больных с переломами бедренной кости травматологическая помощь должна сопровождаться минимальным повреждением тканей, ограничением воспалительного процесса и высвобождения DAMPs и PAMPs с дальнейшей эскалацией иммунных реакций – это так называемая ортопедическая хирургия с контролем повреждений (DCO) [8].
С учетом изменений иммунного статуса и процессов свободнорадикального окисления методы консервативной терапии должны включать подходы, направленные на модуляцию синдрома системного воспалительного ответа (SIRS), иммунных реакций, предотвращение микробной пролиферации и элиминацию микробов [9].
Многочисленные экспериментальные разработки, представленные в современной литературе, направлены на снижение вероятности развития SIRS, прежде всего через подавление активности нейтрофилов. Однако ряд терапевтических подходов, описанных в литературе, таких как применение простагландина Е1, моноклональных антител против β2-интегрина, L-селектина (CD62L), а также применение статинов, не продемонстрировали желаемых результатов [10]. Ряд иммунотерапевтических подходов использует в качестве мишени при травматических повреждениях DAMPS, например анти-HMGB1 (High-mobility group B1), блокаду пуринергического рецептора Р2Х7, антитела к гистону ScFv, что позволяет снизить продукцию ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-10, улучшить функции эндотелия и снизить вероятность повреждения легочной ткани [11].
Представляют интерес имеющиеся в терапевтическом арсенале и разрабатываемые средства инфламмасомо-тропного действия. Так, ГК наряду с известным противовоспалительным действием способны через индукцию экспрессии NLRP3 в макрофагах повышать высвобождение провоспалительных факторов, в том числе ИЛ-1, что объясняет их эффект у тяжелых травматологических больных [12]. Модуляторами инфламмасомо-зависимых путей сигнализации выступают ИФН-γ и ГМ-КСФ, которые наряду с ГК рассматриваются как факторы предотвращения посттравматической иммуносупрессии и вторичных инфекций [13]. Перспективными в плане проведения дальнейших исследований по изучению модуляции воспалительного процесса после травмы являются низкомолекулярные ингибиторы NLRP3 инфламмосом [14].
МикроРНК (miR-10b) с помощью сигнальных путей ТФР-β и подавления активности SMAD2 способствует остеогенной дифференцировке мезенхимальных стволовых клеток (МСК), образованию костной ткани и ускоряет репарацию после переломов, что позволяет рассматривать miR-10b в качестве потенциального терапевтического агента [15]. Использование микроРНК, трансплантация МСК, а также генная терапия с доставкой и модификацией генов белков костного морфогенеза (ВМР), генов VEGF, PDGF, FGF могут применяться в обозримом будущем при нарушениях репарации костной ткани после переломов [16]. В ходе лечения переломов бедра с большими костными дефектами часто применяют заменители костного материала; показано, что одновременное локальное применение с ними ИЛ-4 в дозах 10–100 нг значительно ускоряет остеогенез и васкуляризацию за счет смены фенотипа макрофагов с М1 на М2, что увеличивает миграцию, активацию, пролиферацию и остеогенную дифференциацию МСК за счет секретируемых М2 факторов роста [17]. Последние 20–30 лет эндогенные и экзогенные антиоксиданты (СОД, каталаза, глутатионпероксидаза, витамины Е и С, провитамин А, глутатион, билирубин, ураты и др.) были в центре внимания и рассматривались как терапевтические агенты у травматологических больных, направленные на восстановление редокс-статуса [1]. Продемонстрировано, что применение гипербарической оксигенации у больных с политравмой снижает форбол-12-миристат-13-ацетат-индуцированную генерацию АФК нейтрофилами, образование нейтрофильных ловушек и как следствие вторичную альтерацию тканей, а также блокирует р38 МАРК-зависимые внутриклеточные пути нейтрофилов, не оказывая влияния на хемотаксис и апоптоз нейтрофилов [18]. Учитывая взаимодействие факторов врожденного иммунитета (в частности, комплемента) с реакциями гемостаза, успешные результаты показало применение транексамовой кислоты в плане подавления избыточной активности системы комплемента, снижения повреждения кишечника, легких и сердца и повышения выживаемости больных после тяжелых травм [19]. Ингибиторы С1 компонента при переломах бедра у людей и в экспериментах in vivo показали снижение комплементзависимого повреждения почек, кишечника и легких, снижение выраженности метаболического ацидоза [20].
Впервые озон был применен для дезинфекции больниц в 1856 г. и для лечения немецких солдат во время Первой мировой войны при посттравматической гангрене, ожогах, инфицированных ранах. В настоящее время он широко применяется в терапии многих заболеваний в форме аутогемотрансфузии различных объемов крови, внутримышечных, паравертебральных , внутридискового введения, инсуфляции в полость носа, рта, посредством внутриматочных, интравагинальных, интраплевральных, интраперитонеальных, накожных и внутрикожных способов введения, а также внутривенно в составе озонированного физиологического раствора [21]. Озон – водорастворимый бесцветный газ с характерным запахом, состоящий из трех атомов кислорода, входит в состав атмосферы, открыт в 1948 г. [21]. Токсичные эффекты О3 проявляются при применении его в концентрациях за пределами терапевтического окна, О3-терапия не рекомендуется при глубоких, инфицированных и некротических язвах [22].
Терапевтическое действие медицинского озона при ортопедической патологии многогранно и, как правило, рассматривается с позиций гормезиса. Поступление озона в организм приводит к умеренному окислительному стрессу, прежде всего за счет взаимодействия с полиненасыщенными жирными кислотами и водой, образования АФК, липоперекисей, гидроперекисей, изопростанов, озонидов, 4-гидроксиноненала и иных соединений. Это сопровождается активацией в клетках транскрипционного фактора Nrf2 и повышением синтеза и активности ферментов антиоксидантной защиты: супероксиддисмутазы (СОД), глутатионпероксидазы, глутатионпероксидазы, глутатионтрансферазы, каталазы, гемоксигеназы-1 (НО-1), НАДФ-квинон-оксидоредуктазы-1 (NQO-1), белков теплового шока (HSP) и иных соединений [21]. Антиоксидантные свойства озона значительно возрастают в сочетании с коэнзимом Q10, в частности в отношении СОД и каталазы, снижения уровня ТБК-положительных продуктов [23].
Описаны сложные взаимоотношения между О3 и ферментами (NOS, HO-1) генерации двух других газов в организме – NO и CO, а также БТШ Hsp32 и Hsp70. Особое внимание привлечено к индукции озоном синтеза белков теплового шока, учитывая роль последних в цитопротекции при воспалении, злокачественных опухолях, нейродегенеративных состояниях, старении и др. [24]. А изоформы оксида азота рассматривают как динамические датчики клеточного окислительного стресса и регуляторы редокс-гомеостаза. Горметическая роль О3 проявляется и в отношении про- и противовоспалительных эффектов СО, в частности синтеза простагландинов с различным механизмом действия, регуляции сосудистого тонуса.
О3 вмешивается в метаболизм клеток, повышая эффектность работы дыхательной цепи митохондрий, увеличивая скорость гликолиза за счет повышения активности фосфофруктокиназы, увеличивает синтез АТФ и 2,3-ДФГ, сдвигает кривую диссоциации оксигемоглобина вправо [25]. Данные факты наряду с увеличением синтеза NO, увеличением концентрации вазодилататора простациклина повышают резистентность тканей к гипоксии, увеличивают площадь перфузии.
В экспериментах in vitro продемонстрировано неблагоприятное влияние (разрушение клеточной стенки, мембраны, внутриклеточных органелл, блокада ферментов, ингибирование роста и разрушение) О3 на различные вирусы, бактерии, грибы, в том числе на метициллинустойчивый золотистый стафилококк [26].
Иммунотропные эффекты О3 реализуются за счет Н2О2-индуцированной активации синтеза ИФН, ФНО-альфа, ИЛ-8, ИЛ-2, ТФР-бета, тромбоцитарный ФР, способности снижать синтез брадикинина. Это позволяет регулировать воспалительные реакции, активировать Th1-зависимый иммунный ответ, участвовать в репарации и ремоделировании тканей. В эксперименте на крысах внутрибрюшинное введение озона в дозе 150 мг/кг уменьшает стрептозотоцин-индуцированные повреждения поджелудочной железы за счет увеличения количества в ткани железы глутатионтрансферазы, активации Nrf2-зависимых путей транскрипции, повышения уровня сывороточного инсулина и лептина [25]. В клинических условиях показано гепатопротекторное действие О3, а также увеличение эффективности традиционных гепатопротекторов при комбинированном применении последних с О3 [27]. В эксперименте на крысах внутрибрюшинное введение озона в дозе 150 мг/кг уменьшает стрептозотоцин-индуцированные повреждения поджелудочной железы за счет увеличения количества в ткани железы глутатионтрансферазы, активации Nrf2-зависимых путей транскрипции, повышения уровня сывороточного инсулина и лептина [22]. Продемонстрирована эффективность О3-терапии в лечении заболеваний опорно-двигательного аппарата, таких как ревматоидный артрит, субакромиальный бурсит, остеоартрит, бурситы, капсулиты, грыжи межпозвоночного диска, патология височно-нижнечелюстного сустава и др. [28]. При остеоратрозе О3 положительно зарекомендовал себя при внутрисуставных инъекциях и внутривенном введении [29]. Применение озона в соответствии с рекомендациями Мадридской декларации по озонотерапии местно в составе озонированных растворов и при аутогемотерапии при хронических сосудистых, диабетических язвах и пролежнях повышает качество жизни пациентов по опросникам SF-36 и Евро-QOL-5D [30].
Описаны сложные взаимоотношения между О3 и ферментами (NOS, HO-1) генерации двух других газов в организме – NO и CO, а также БТШ Hsp32 и Hsp70. Особое внимание привлечено к индукции озоном синтеза БТШ, учитывая роль последних в цитопротекции при воспалении, злокачественных опухолях, нейродегенеративных состояниях, старении и др. [24]. А изоформы оксида азота рассматривают как динамические датчики клеточного окислительного стресса и регуляторы редокс-гомеостаза. Применение О3 при диабетической стопе требует уточнения концентрации, способа введения, точных показаний и проведения дальнейших исследований [31]. По данным экспериментальных исследований О3 рассматривается в качестве адъювантной терапии злокачественных новообразований, требуется проведение рандомизированных клинических исследований для формулировки конкретных рекомендаций [24]. При этом еще в 1980 г. в авторитетном журнале «Science» была опубликована статья о способности О3 селективно ингибировать рост опухолевых клеток, не затрагивая интактные клетки [32].
Таким образом, анализ современной медицинской литературы, индексированной в Pubmed и Medline преимущественно в последние 5–10 лет, позволил интегрировать некоторые закономерности участия факторов иммунной системы и процессов свободнорадикального окисления в патогенезе изменений гомеостаза при механических повреждениях тканей, в частности при изолированных переломах бедренной кости.
Инициированные DAMPs и РAMPs активация плазменных систем протеолиза, включая комплемент, а также нейтрофилов, моноцитов/макрофагов, а также секретируемые ими медиаторы – провоспалительные цитокины, АФК, ферменты, фагоцитоз, нетоз – необходимы, с одной стороны, для удаления погибших клеток или элиминации микроорганизмов при присоединении инфекции, подготовки плацдарма для репаративных процессов, с другой – при дисфункции и дизрегуляции локальных процессов они участвуют в формировании SIRS, CARS, MODS, а позднее и PICS, приводя таким путем к нарушению репарации, инфекционным осложнениям, а зачастую и к летальности травматологических больных.
Неблагоприятные последствия во многом обусловлены несбалансированной депрессией адаптивного иммунитета, снижением отношения Th1/Th2 и Th17/Treg, избытком противовоспалительных цитокинов и формированием критического состояния у больных – ССI. Такие неоднозначные изменения иммунного статуса обусловлены динамикой цитокинового профиля в крови, участием DAMPs и РAMPs зависимых путей сигнализации, включая формирование инфламмосом, межклеточную кооперацию, в том числе с участием MDSCs, и иные факторы.
Роль АФК и азота, генерация которых повышена после переломов бедренной кости как результат дисбаланса про- и антиоксидантных систем плазмы и клеток, связана с расширением зоны вторичной альтерации, отдаленным повреждением клеток и внеклеточных структур, регуляцией синтеза других медиаторов, репаративных процессов в костной ткани.
Выводы
- Накопление и негативное воздействие активных форм кислорода приводит к расширению зоны вторичной альтерации и является одним из основных факторов патогенеза формирования синдрома ишемии-реперфузии.
- Перспективными направлениями коррекции иммунного и редокс-статуса при переломах бедренной кости выступают многочисленные факторы модуляции SIRS – блокаторы и антагонисты избыточного количества растворимых медиаторов, избыточная активность иммунокомпетентных клеток, про- и противовоспалительные цитокины, факторы роста, гипербарическая оксигенация, применение озона, а также антиоксиданты.
- Эффективность применения озонотерапии при хирургической ортопедической патологии патогенетически обоснована и отражена в многочисленных литературных источниках.