Възпалителната реакция в съвременната патогенеза на ХОББ – морфологични и имунологични доказателства

ХОББ е хетерогенна изява на предизвикани от тютюнопушенето промени в дихателните пътища (ДП) и белодробния паренхим. Прототипната изява на болестта са хроничният бронхит (ХБ) и емфиземът (Е), като някои автори по-рано са включвали и бронхиектазиите^1-3. Най-използваното клинично разграничение на пациентите е на такива с доминиращ ХБ или доминиращ Е^1,2. При повечето пациенти има припокриваща се изява на патологични промени в ДП и деструкция на паренхима, като и двете допринасят за клиничната тежест и крайния изход на причиняваната от тях обструкция на ДП⁴. Парадоксалното в действието на цигарения дим върху ДП се състои в това, че от една страна предизивиква задебеляване на стените им, възпаление и фиброза, а от друга – в паренхима възпалението води до деструкция на матрикса (т.е. обратно на промените в бронхиалната стена)^5,6.

За разлика от ХБ, който се дефинира по клинични параметри (хронична кашлица в два последователни месеца на три последователни години), дефинирането на Е се основава на патоанатомични данни^7,8. Той се характеризира с патологично и постоянно разширение на въздушните пространства, дистално от терминалните бронхиоли, придружаващо се от деструкция на алвеоларните септи без изразена фиброза. Основен белег в патогенезата на Е е деструкцията на белодробния паренхим. Оксидантите от цигарения дим, заедно с оксидантите и протеазите от възпалителните клетки, активирани от цигарения дим, упражняват деструктивен ефект върху белодробната тъкан, който частично се компенсира от антиоксидантите и антипротеазите⁹. Van der Geld et al. и Timens et al. са показали, че тъканната деструкция при пациентите с ХОББ се съпътства от непълноценни възстановителни процеси^10,11.

Увеличението на мукусните жлези и хиперплазията на Гоблетовите клетки са основен белег на ХБ. Гоблетовите клетки нормално липсват в малките ДП и присъствието им (често означавано като мукусна метаплазия) е важно за развитието на ХОББ. В големите ДП при ХБ се наблюдава намаление на серозните ацини на субмукозните жлези. Това потиска локалната защита срещу адхезията на бактериите, тъй като тези жлези секретират спиращи бактериалната адхезия вещества като лактоферин, антипротеази и лизозим. При ХБ се наблюдават и намаление на дължината и броя на цилиите и плоскоклетъчна метаплазия. Мукоцилиарните нарушения при ХБ водят до покриване на епитела на ДП с  непрекъснат слой мукус, за разлика от нормалните ДП, където мукусът е на отделни депозити. Това подпомага бактериалния растеж, който на свой ред води до освобождаване на токсини, увреждащи цилиите и епителни клетки. Бактериалните отпадни продукти стимулират продукцията на мукус, забавят трептенето на цилиите, нарушават функцията на имунните клетки и разрушават локалните имуноглобулини¹².

Е е деструктивен процес, засягащ газообменните въздушни пространства – респираторните бронхиоли, алвеоларните ходове и алвеолите. Той води до перфориране и облитериране на стените им и до сливане на малките въздушни пространства в по-големи. Налице е постоянно увеличение на газообменните единици на белия дроб (ацините). Тези патологични промени причиняват загуба на еластично съпротивление и нарушен газообмен. В проучвания е показана добра корелация между физиологичните измервания на белодробното еластично съпротивление и дифузионния капацитет и микроскопското измерване на стената на въздушните пространства за единица алвеоларен обем и алвеоларна повърхност. Освобождаването на големи количества неутрофилна еластаза и металопротеинази от възпалителните клетки преодолява антипротеазната защита на белия дроб и причинява алвеоларната деструкция при Е. От друга страна, цигареният дим потиска възстановителните процеси¹².

а/ Макроскопски

Патоанатомичните промени при ХОББ се откриват в големите и малките (< 2 mm) ДП и в белодробния паренхим. В напредналите стадии се наблюдават промени в белодробната циркулация, сърцето и респираторните мускули. Алвеоларната хипоксия причинява хипертрофия на медията на съдовата гладкомускулна тъкан, която достига до мускулния слой в дисталните съдове, които нормално не съдържат гладка мускулатура. В напредналите стадии се наблюдава и хиперплазия на интимата. Последните промени се свързват с развитието на пулмонална хипертония и нейните последствия – хипертрофия и дилатация на дясната камера. Загубата на съдовото русло се изявява успоредно с развитието на Е и деструктивния алвеоларен процес. При някои пациенти с ХОББ е налице атрофия на диафрагмата, загуба на скелетна мускулатура и на мускули на крайниците¹².

Другите структурни промени, наблюдавани в ДП на пушачи, включват мукусна хиперплазия, бронхиоларен оток, гладкомускулна хипертрофия и перибронхиоларна фиброза. Тези промени водят до стесняване на малките ДП. Тъй като площта на напречния срез на малките ДП е по-голяма от тази на големите проводящи ДП (поради което допринасят малко към общото съпротивление на ДП), задухът и промените във ФЕО₁ обикновено липсват, докато болестта не напредне¹².

Макроскопските промени в големите ДП са малко и едва доловими. Порите на бронхиалните мукусни жлези в епитела са разширени. Те се наблюдават по-често в зоните на бифуркациите и по ръбовете на хрущялните пръстени. При здрави лица порите могат да се видят с помощта на леща или микроскоп, но при ХБ те могат да са запълнени с мукус, който може да излиза навън от жлезните канали в бронхиалния лумен и да се види макроскопски. Освен разширените бронхиални пори, които са най-честата макроскопска находка при ХОББ, внимателното изследване на белодробна тъкан може да установи, че диаметърът на бронхите не намалява прогресивно в посока към плеврата, както и наличие на циркулярни издатини в лумена им, които вероятно се дължат на гладкомускулната хипертрофия¹³.

б/ Микроскопски

В големите ДП възпалението води до задебеляване на вътрешната стена на ДП и по този начин – до стесняване на лумена им. При малките ДП това също се наблюдава, но там и друг фактор води до стесняването им. Възпалението в паренхима и перибронхиалната адвентиция води до отпускане на перибронхиалните алвеоларни връзки, което заедно с директния ефект на цигарения дим в крайна сметка води до емфизематозна деструкция на тези връзки. Промените в алвеоларните връзки постепенно водят до нарастваща загуба на еластично съпротивление и впоследствие до стесняване на ДП и дори до колапса им⁴.

Внимателният микроскопски анализ на големите ДП при ХОББ разкрива промени в цялата им стена. Епителните промени са умерено изразени и са различни при отделните пациенти. Може да се види олющване на епитела, но като цяло той е незасегнат и показва умерена гоблетовоклетъчна или плоскоклетъчна метаплазия, като и двете са по-подчертани при болни със симптоми на ХБ. Дебелината на базалната мембрана е в границите на нормата. Дебелината на зоната на мукусните жлези при болните с ХОББ и в частност при тези с ХБ е увеличена. Налице е намаление на серозните ацини в мукусните жлези, което не се наблюдава при болните с астма ¹³.

Задебеляването на вътрешната стена (зоната под мускулния слой) е най-постоянната съставка на задебеляването на стената на големите ДП при пациентите с ХОББ и се среща често. То се дължи отчасти на отока и хиперемията на бронхите, но и на увеличението на фиброзната тъкан и матриксните протеини. Големите ДП при ХОББ показват наличието на умерена, обикновено смесена възпалителна инфилтрация. Асоциираната с бронхите лимфна тъкан не се открива винаги, но честотата ѝ при пушачи е по-голяма (82%), сравнено с непушачи (14%). Бронхиалните биопсии показват увеличение на броя на СD8 клетките, еозинофилите (Ео) и неутрофилите (Нт) по време на екзацербации. Хронично възпаление може да се открие и около бронхиалните жлези, особено при лицата с ХБ¹³.

При пациентите с ХОББ в лумена на малките ДП може да се открие мукус, като е налице зависимост между степента на изпълването им с него и стойността на ФЕО₁. Друга честа находка е гоблетовоклетъчната метаплазия, нехарактерна за здрави лица. Внимателното измерване на стените на ДП показва, че те са задебелени, което се дължи на увеличение на епитела, на субепителните фиброзно-тъканни съставки (субмукоза, lamina propria), на гладката мускулатура и адвентицията. Въпреки задебеляването на адвентицията, налице е загуба на алвеоларни връзки към стената на ДП, което позволява ранния им колапс при издишване. Едно от най-рано наблюдаваните хистологични нарушения при пушачи е наличието на макрофаги (МА) в лумена на респираторните бронхиоли. В стените на мембранозните и респираторните бронхиоли при пациентите с ХОББ се наблюдава и възпалителен инфилтрат. Броят на Нт и МА нараства с прогресията на болестта, но не и на Ео. Успоредно с прогресията на ХОББ нараства и броят на СD4, СD8 и В-клетките в ДП, но когато броят им се отнесе към общия увеличен белодробен обем, прогресивно увеличение на клетъчния брой е налице само при В- и СD8 клетките. В крайните степени на болестта е налице значително повишение на лимфните фоликули в ДП¹³.

Освен ДП при ХОББ се увреждат и кръвоносните съдове. При пушачите, с или без наличието на пулмонална хипертония, е налице задебеляване на мускулния слой на артериите, фиброзиране на интимата на мускулните артерии и прогресивно мускуларизиране на малките артериоли. Задебеляването на интимата и надлъжното натрупване на мускулна тъкан са чест белег на ХОББ в белите дробове на болните. Установява се прогресивно увеличение на броя на по-малките мускуларизирани артерии, като процентът задебелена медиа и задебелена интима на мускуларизираните артерии нараства от непушачи към пушачи без обструкция към пушачи с обструкция на въздушния поток. Уврежданията при първична пулмонална хипертония и при хипертония, дължаща се на съдови шънтове, също включват фиброза на интимата и увеличение на мускулната медиа. В ранните си фази интималната фиброза е клетъчна, но прогресира до концентрична ламинарна фиброза, която почти изцяло облитерира съдовия лумен. При болните с ХОББ не се откриват васкулит, фибриноидна некроза и плексиформени лезии¹³.

ХОББ е възпалителна болест. Възпалението на ДП е предизвикано от цигарения дим и се характеризира с присъствието на Нт, МА и CD8  Т-клетки^14,15. Възпалителният процес, предизвикан от съставките на цигарения дим, е резултат от неспецифичен имунен отговор. При ХОББ е налице повишение на проинфламаторните медиатори с епителен произход като моноцитния хемоатрактантен протеин-1, интерлевкин-8 (IL-8), СС хемокинов рецептор 2 и намаление на нивата на противовъзпалителните медиатори като секреторния компонент и 16 kDa протеина на клетките на Клара^16,17. Повишението на броя на Нт, особено в малките ДП, се наблюдава и в бронхиалните жлези⁴. През 1992 г. Bosken et al., анализирайки характера на възпалителните клетки при пациентите с ХОББ, установяват, че в стената на ДП преобладават В-лимфоцитите (Ли), като въз основа на локализацията на В-клетъчните фоликули се обособява асоциираната с бронхите лимфна тъкан (АБЛТ)¹⁸. Hogg et al. анализират резецирана белодробна тъкан от 149 пациенти с различни степени на ХОББ¹⁹. Те установяват, че прогресията на болестта се асоциира с увеличението на обема на тъканта в бронхиалната стена и с натрупването на възпалителен ексудат в мукуса в лумена на малките ДП¹⁹. В по-тежките степени на болестта по-голям процент от ДП съдържат Нт, МА, СD4 и СD8 клетки, както и В-Ли, като отново те са били групирани в лимфни фоликули²⁰. Формирането на тези фоликули е вид придобит имунен отговор спрямо микробната колонизация и честите инфекции, наблюдавани в тежките степени на болестта²¹. Van der Strate et al. установяват, че подобни В-клетъчни фоликули се откриват и в паренхима и са олигоклонални по призход²².

Интерес предизвиква въпросът каква е ролята на В-Ли за формирането на Е. Наблюдаваните мутации в клонално свързаните В-Ли в лимфните фоликули предполага участието на задействан от антиген процес. Изследвани са много кандидат-антигени – съставките на екстрацелуларния матрикс (ЕЦМ), много от 4500 вещества в цигарения дим, микоплазма, хламидия, аденовируси, P. jirovetcii. За някои от тях (микоплазма, хламидия, аденовируси, P. jirovetcii) не са установени убедителни данни. Много от съставките на цигарения дим имат антигенно действие, свързвайки се с елементите на ЕЦМ и следователно могат да се подозират за предизвикване на антиген-антитяло отговор²⁰.  Horton et al. и McKee et al. установяват, че разпадните продукти на ЕЦМ като хиалуронова киселина, еластин, колаген, упражняват хемотактичен ефект върху Нт и МА, което води до освобождаване на оксиданти и протеази, увреждащи ЕЦМ, а хиалуроновата киселина предизвиква активация и пролиферация на В-Ли^23-25.

Wedzicha и Donaldson изследват неколкократно храчки на болни с ХОББ както по време на екзацербация, така и в стабилна фаза²⁶. Екзацербациите на ХОББ се характеризират с преобладаване на Нт и повишение нивото на медиаторите, цитокините и хемокините като миелопероксидаза, IL-8²⁶. Saetta et al. и Fujimoto et al. установяват, че по време на екзацербации е повишен броят на Ео, което според Pizzichini et al. и Brightling et al. има връзка с отговора на кортикостероидната терапия^27-30.

В изследване на Я. Славова и  И. Вълков върху храчки на 100 болни с ХОББ, взети в различни периоди на болестта – по време на екзацербация, по време на лечение (5-7 дни след началото), след лечение (7-14 дни след лечение) и контролно (2 месеца след лечение) е установено, че:

Екзацебациите, освен с изразена обструкция на дихателните пътища (среден ФЕО1 47,9%), се характеризират с високи стойности на сегментоядрени левкоцити (СЛ) и Ео и ниски стойности на МА;

5 до 7 дни след лечение се наблюдава увеличение на МА, намаляване на Ео и почти няма промяна в нивото на СЛ. Успоредно с тези промени е било налице увеличение на ФЕО1 – нараства до 60,2%;

14 дни след лечението значително нараства броят на МА, а намалява този на СЛ и Ео. ФЕО1 достига най-високата си стойност – 70,6%;

2 месеца след екзацербацията цитологичната картина на храчките е сходна с тази на екзацербация по време на лечение – ниски стойности на МА и високи на СЛ и Ео. ФЕО1 бележи лек спад – 60,7% ³¹.

Изследвания на БАЛ на пушачи са показали завишен брой на Нт и МА. МА играят важна роля в поддържането на възпалителния процес при ХОББ, защото са повишени 5 до 10 пъти в БАЛ на болни с ХОББ. Те секретират неутрофилни хемотактични фактори и протеолитични ензими като матриксните металопротеинази, които увреждат епителната бариера. Нт също имат важно значение за тъканното увреждане при ХОББ. Те отделят значителен брой медиатори – матриксни металопротеинази, оксиданти като свободни кислородни радикали, H2O2, токсични пептиди – дефензини. Протеазите и свободните радикали увреждат епитела и базалната мембрана. Последващите възстановителни процеси включват секретиране от епителните клетки на антипротеази като секреторния левкоцитен протеазен инхибитор и тъканния инхибитор на металопротеиназите, с които се регулира протеолитичния процес¹².

В патогенезата на ХОББ участват значителен брой извънклетъчни сигнални протеини, наречени цитокини. В храчки на пушачи са открити значителни количества проинфламаторни цитокини като IL-8, IL-1, IL-6 и туморния некрозисен фактор α (TNF-α), както и противовъзпалителния цитокин IL-10, като по време на остри екзацербации нивата им са значително повишени. Излагането на бронхиалния епител на цигарен дим предизвиква освобождаване на неутрофилни и моноцитни хемотактични фактори като IL-8 и гранулоцитен колоний-стимулуращ фактор, допринасящи за повишената неутрофилна активност, както и моноцитен хемотактичен протеин-1, причиняващ повишена моноцитна активност¹².

Цитокините участват и в тъканното ремоделиране при ХОББ, включващо пролиферация на противовъзпалителни клетки, епително увреждане, субепителна фиброза, пролиферация на миофибробласти, повишено отлагане на колаген в белодробния паренхим, гладкомускулна хипертрофия и неоваскуларизация. Повишената експресия на трансформиращия растежен фактор-β и епителния растежен фактор (epidermal growth factor (EGF) активират фибробластната пролиферация в ДП на пациентите с ХОББ, при които се откриват високи нива на общия колаген и колаген тип I, III и IV в белите дробове. Нивата на колаген I и III, фибронектина и ламинина са в обратна връзка със стойността на  ФЕО₁, което предполага, че отлагането на протеини на ЕЦМ допринася за ограничението на въздушния поток при ХОББ¹².

В заключение, макар да няма патоанатомична диагноза ХОББ, налице са много макро- и микроскопски белези, характеризиращи промените в малките и големите ДП, наблюдавани при болните с ХОББ. Това са белезите на ХБ и Е, които, тълкувани успоредно с данните от функционалното изследване, биха подпомогнали диагностицирането на болестта. Диагнозата ХОББ е базирана на спирометричното изследване, поради което биопсия от болните не е необходима, но представените резултати от патоанатомичните изследвания доказват възпалителния характер на болестта, както и ролята на имунокомпетентните клетки в патогенезата ѝ.

Литература:

1. Barnes PJ, Shapiro SD, Pauwels RA. Chronic obstructive pulmonary disease: molecular and cellular mechanisms. Eur Respir J 2003; 22: 672–688
2. Calverley PM, Walker P. Chronic obstructive pulmonary disease. Lancet 2003; 362: 1053–1061
3. Thurlbeck WM, Wright JL. Thurlbeck’s Chronic Airflow Obstruction. 2nd Edn. Hamilton, ON, B.C. Decker, Inc., 1999
4. Popper H.H., Timens W. Smoking-induced lung disease. In Pathology of the Lung. Eur Respir Mon, 2007, 39, 134–152, pp. 12-15
5. Postma DS, Timens W. Remodeling in asthma and chronic obstructive pulmonary disease. Proc Am Thorac Soc 2006; 3: 434–439
6. Van der Geld YM, Van Straaten JFM, Postma DS, Timens W. Role of proteoglycans in development and pathogenesis of emphysema. In: Garg HG, Roughley PJ, Hales CA, eds. Proteoglycans in Lung Disease. New York, NY, Marcel Dekker, Inc., 2002; pp. 241–267
7. American Thoracic Society. Standards for the diagnosis and care of patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and asthma. Am Rev Respir Dis 1987; 136: 225–244
8. Siafakas NM, Vermeire P, Pride NB, et al. Optimal assessment and management of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). The European Respiratory Society Task Force. Eur Respir J 1995; 8: 1398–1420
9. Barnes PJ. Chronic obstructive pulmonary disease. N Engl J Med 2000; 343: 269–280
10. Van der Geld YM, Van Straaten JFM, Postma DS, Timens W. Role of proteoglycans in development and pathogenesis of emphysema. In: Garg HG, Roughley PJ, Hales CA, eds. Proteoglycans in Lung Disease. New York, NY, Marcel Dekker, Inc., 2002; pp. 241–267
11. Timens W, Coers W, Van Straaten JFM, Postma DS. Extracellular matrix and inflammation: a role for fibroblast-mediated tissue repair in the pathogenesis of emphysema? Eur Respir Rev 1997; 43: 119–123
12. ACCP_Pulmonary_Medicine_board_Review_25^th Ed.,2009.Braman S.S. COPD, pp: 158-161
13. Fishman’s Pulmonary Diseases, 4^th Ed., 2008, vol.1&2. Wright J.L., Churg A. Pathologic Features of Chronic Obstructive Pulmonary Disease: Diagnostic Criteria and Differential Diagnosis, pp:699-704
14. Saetta M, Timens W, Jeffery PK. Pathology. In: Postma DS, Siafakas NM, eds. Management of Chronic Obstructive Pulmonary Disease. Eur Respir Mon 1998; 7: 92–101
15. Saetta M, Turato G, Maestrelli P, Mapp CE, Fabbri LM. Cellular and structural bases of chronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir Crit Care Med 2001; 163: 1304–1309
16. De Boer WI, Sont JK, van Schadewijk A, Stolk J, Van Krieken JH, Hiemstra PS. Monocyte chemoattractant protein 1, interleukin 8, and chronic airways inflammation in COPD. J Pathol 2000; 190: 619–626
17. Pilette C, Godding V, Kiss R, et al. Reduced epithelial expression of secretory component in small airways correlates with airflow obstruction in chronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir Crit Care Med 2001; 163: 185–194
18. Bosken CH, Hards J, Gatter K, Hogg JC. Characterization of the inflammatory reaction in the peripheral airways of cigarette smokers using immunocytochemistry. Am Rev Respir Dis 1992; 145: 911–917
19. Hogg JC, Chu F, Utokaparch S, et al. The nature of small-airway obstruction in chronic obstructive pulmonary disease. N Engl J Med 2004; 350: 2645–2653
20. Wright J.L., Kerstjens H.A.M., Timens W. What is new in chronic obstructive pulmonary disease? In: Pathology of the Lung; Eur Respir Mon, 2007, 39, 153–169
21. National Heart Lung and Blood Institute, World Health Organization. Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease. Global Strategy for Diagnosis, Management, and Prevention of Chronic Obstructive Pulmonary Disease. 2004 Update. Bethesda, MD, National Institutes of Health, 2004
22. van der Strate BW, Postma DS, Brandsma CA, et al. Cigarette smoke-induced emphysema: a role for the B cell? Am J Respir Crit Care Med 2006; 173: 751–758
23. Horton MR, Shapiro S, Bao C, Lowenstein CJ, Noble PW. Induction and regulation of macrophage metalloelastase by hyaluronan fragments in mouse macrophages. J Immunol 1999; 162: 4171–4176.
24. McKee CM, Penno MB, Cowman M, et al. Hyaluronan (HA) fragments induce chemokine gene expression in alveolar macrophages. The role of HA size and CD44. J Clin Invest 1996; 98: 2403–2413.
25. Rafi A, Nagarkatti M, Nagarkatti PS. Hyaluronate–CD44 interactions can induce murine B-cell activation. Blood 1997; 89: 2901–2908
26. Wedzicha JA, Donaldson GC. Exacerbations of chronic obstructive pulmonary disease. Respir Care 2003; 48: 1204–1213
27. Saetta M, Di Stefano A, Maestrelli P, et al. Airway eosinophilia in chronic bronchitis during exacerbations. Am J Respir Crit Care Med 1994; 150: 1646–1652
28. Fujimoto K, Yasuo M, Urushibata K, Hanaoka M, Koizumi T, Kubo K. Airway inflammation during stable and acutely exacerbated chronic obstructive pulmonary disease. Eur Respir J 2005; 25: 640–646
29. Pizzichini E, Pizzichini MM, Gibson P, et al. Sputum eosinophilia predicts benefit from prednisone in smokers with chronic obstructive bronchitis. Am J Respir Crit Care Med 1998; 158: 1511–1517
30. Brightling CE, Monteiro W, Ward R, et al. Sputum eosinophilia and short-term response to prednisolone in chronic obstructive pulmonary disease: a randomised controlled trial. Lancet 2000; 356: 1480–1485
31. Славова Я., Вълков И. Цитологична характеристика на храчки при хронична обструктивна белодробна болест. Съвр. Мед. 1986; 9: 14-18