Процесс репарации трофических язв у больных сахарным диабетом

В последние 30 лет отмечается резкий рост за­болеваемости сахарным диабетом (СД), особенно в промышленно развитых странах, и распространен­ность его имеет тенденцию к дальнейшему увели­чению [3]. Основной причиной инвалидизации и гибели больных являются поздние осложнения этого заболевания. Среди них особенно важно вы­делить развивающийся синдром диабетической стопы (СДС), который определяется как инфек­ция, язва и/или деструкция глубоких тканей, свя­занная с неврологическими нарушениями и сни­жением магистрального кровотока в артериях ниж­них конечностей различной степени тяжести (Ме­ждународное соглашение по диабетической стопе, Нидерланды, 1999 г.)

Распространенность язв при СД, по мнению разных авторов, составляет 4—15% [3, 4, 30], среди стационарных больных дефекты кожи нижних ко­нечностей отмечаются в 6—20% случаев [12, 22, 28]. Их частота не зависит от типа диабета [2]. Хрони­ческие язвы стоп развиваются у 15 % больных в те­чение жизни [23]. Продолжительность пребывания в стационаре этих пациентов превышает таковую больных без язв и составляет 6—14 нед [46] , а за­траты на лечение исчисляются десятками тысяч долларов.

Длительно незаживающие язвы в 85% случаев приводят к ампутациям из-за развития инфекции и гангрены, и у половины прооперированных боль­ных через 5 лет имеются показания к проведению повторного оперативного вмешательства [10, 13, 46]. Известно, что трофические язвы склонны к ре- цидивированию, и частота рецидивов через 1, 3 и 5 лет составляет 44, 61 и 70% соответственно [8].

Необходимо подчеркнуть, что вовремя начатое лечение трофических язв в большинстве случаев позволяет предотвратить ампутацию [8, 10].

На процесс заживления язвенных дефектов при СД оказывает влияние множество факторов. Забо­левания периферических сосудов и нейропатия яв­ляются основными причинами развития язв стоп и их замедленной эпителизации. Потеря чувстви­тельности не только приводит к формированию язв, но и ухудшает заживление, поскольку пациен­ты не могут определить локализацию повреждения [5]. Нейропатия приводит к деформации стопы из- за дисбаланса между флексорами и экстензорами, что создает зоны повышенного давления на по­дошве. Известно, что у пациентов с СД имеются изменения в сосудах разного калибра, и это также вносит свой вклад в процесс замедления репарации ран. Высокий уровень гликемии, изменяя функ­цию лейкоцитов, способствует присоединению ин-

фекции [27], видимые симптомы которой могут от­сутствовать при СД в силу имеющихся нейропати­ческих изменений. Это ухудшает восприятие и оценку пациентом признаков инфекции. Сниже­ние остроты зрения у большинства больных диабе­том препятствует раннему обнаружению повреж­денной кожи. Факторы роста, цитокины, синтез коллагена и другие факторы, участвующие в нор­мальном процессе заживления, при СД изменены.

К настоящему времени многое известно о фак­торах риска, механизмах возникновения и профи­лактике СДС, однако актуальными остаются во­просы изучения процесса репарации ран при СД на клеточном и биохимическом уровне.

Фазы репарации трофических язв

Заживление ран включает в себя процессы коа­гуляции, воспаления, матричного синтеза и депо­нирования, ангиогенез, фиброплазию, эпителиза- цию, сокращение раны и восстановление. Выделя­ют 3 фазы заживления: I — воспаления или экссу­дации, II — пролиферации, или грануляции, III — эпителизации. Процессы репарации протекают под контролем факторов роста, которые присутствуют в организме в небольших количествах, но оказыва­ют значительное влияние на ход заживления ран [1, 6, 7, 18, 36].

Воспаление — это местная защитная реакция ткани в ответ на ее повреждение, направленная на удаление как повреждающего агента, так и повре­жденных тканей. Как правило, острая фаза воспа­ления продолжается 4 дня с момента повреждения [4, 7, 18]. Возникающая сразу вазоконстрикция ог­раничивает кровотечение внутри раны (первые 5— 10 мин), а выделившиеся серотонин и тромбоксан усиливают ее для сохранения факторов заживления в зоне травмы [9, 50, 54]. Практически в это же вре­мя при участии гистамина и брадикинина проис­ходит вазодилатация и повышается проницаемость капилляров, что способствует притоку и выходу элементов крови в рану.

Тромбоциты, участвующие в тромбообразова- нии и гемостазе, опосредуют высвобождение ряда биологически активных веществ, стимулирующих синтез компонентов внеклеточного матрикса (ВКМ) и, таким образом, запускающих последую­щие стадии репарации, в частности миграцию и пролиферацию клеток в области раны. К упомяну­тым выше веществам относятся тромбоцитарный фактор роста (PDGF), тромбоцитарный фактор 4 (PF4), трансформирующий фактор роста a (TGF- а) и трансформирующий фактор роста-p (TGF-p), фактор роста фибробластов (FGF), эпидермальный фактор роста (EGF), тромбоцитарный фактор ан­гиогенеза (PDAF), серотонин, простагландин, тромбоксан и гистамин. Дегрануляция тромбоци­тов инициирует классический или альтернативный каскад образования комплемента, в результате чего продуцируются анафилотоксины СЗа и С5а, яв­ляющиеся хемокинами для нейтрофилов и моно­цитов [6. 39]. Последние трансформируются в мак­рофаги, клетки поздней стадии воспаления. Пока­зано, что гипергликемия ухудшает функцию ком­племента in vitro [36]. Активированные нейтрофи­лы выделяют свободные радикалы и лизосомаль­ные ферменты, включая протеазы, коллагеназы и эластазы, способствующие борьбе с инфекцией и очищению раны [51]. При диабете применяется функция полиморфно-ядерных лейкоцитов, что проявляется в аномальной миграции, фагоцитозе и хемотаксисе. Эти иммунологические нарушения напрямую связаны с метаболическими изменения­ми вследствие декомпенсации углеводного обмена. Отмечена корреляция между адекватным гликеми­ческим контролем и частотой этих нарушений [8].

Достаточная оксигенация тканей является важ­ным условием в борьбе с инфекцией [7, 49]. После ограничения бактериальной инфекции ослаблен­ные нейтрофилы становятся частью тромба или фагоцитируются фибробластами или макрофага­ми. Последние контролируют и регулируют состоя­ние раны посредством выработки факторов, таких, как PDGF [48], TGF-p [13], TGF-a [38], FGF ]16], интерлейкин-1 (IL-1), фактор некроза опухолей (TNF), играющих ключевую роль в миграции, ак­тивации фибробластов и координации процессов формирования грануляционной ткани [21]. Схема­тически это представлено на рисунке.

Фаза пролиферации, или образование грануляци­онной ткани, длится в течение следующих 10—14 сут. Процесс миграции и пролиферации фибробла­стов в место повреждения сопровождается синтезом и секрецией этими клетками компонентов ВКМ [4, 7, 18, 36]. ВКМ представлен различными протеина­ми в полисахаридном геле, состоящем из гликоза­миногликанов и протеогликанов, и коллагеном. На процесс пролиферации фибробластов воздействуют ряд ростовых факторов (например, PDGF и EGF) [38], а также гипоксия в центре раны [32].

Образовавшийся фибронектин облегчаег адге­зию фибробластов к ВКМ, стимулирует их мигра­цию, а также обеспечивает механическую опору для коллагена [53]. Было показано, что секреция клеточного фибронектина фибробластами в об­ласть раны и фрагменты фибронектина, образую­щиеся в результате распада соединительной ткани в местах острого повреждения, действуют как хе­моаттрактанты для моноцитов, фибробластов и клеток эндотелия, причем как in vitro, так и in vivo [19]. В хронических же ранах небольшие фрагмен­ты фибронектина увеличивают активность протеаз матрикса и подавляют заживление раны [30].

Фибриллярные коллагены составляют основ­ную массу структурных белков всей соединитель­ной ткани, причем в здоровой коже содержится около 80—90% коллагена 1 типа и 10—20% колла­гена III типа [49]. Образование матрикса соедини­тельной ткани происходит в определенной после­довательности — фибронектин, коллаген III типа и коллаген I типа [14]. Таким образом, в течение пер­вых нескольких дней репарации наблюдается тран- зиторное повышение содержания коллагена III ти­па относительно уровня коллагена I типа. В даль­нейшем это соотношение меняется, и в конечном итоге коллаген I типа становится доминирующим. Накопление пучков коллагена I типа и изменение их межмолекулярных связей [15] обеспечивает на­растание эластичности рубца, а по мере отложения

Трофическая язва

(PDGF) (bFGF)

(RDGF)

Резистентность к инфекции ч- (О₂)

I

Коагуляция -

Санация раны «<—

▼

> Фибробласты

Эпителий

(MMP/TIMP)

(EGF)

Деградация коллагена

Синтез коллагена

Ремоделирование

(IGF-1) (TGFP)

(FGF)

(IL-1)

(TNFa) ▼ V Ангиогенез

Синтез протеогликанов

▼

Сокращение раны

>• Заживление

Факторы активации и координации процессов формирования грануляционной ткани W. К. Stadelmann, 1998, пе­реработано [49].

протеогликанов повышает антидеформационные свойства раны.

Ангиогенез протекает одновременно с фазой пролиферации. Грануляционная ткань, сформиро­вавшаяся в пролиферативную фазу, характеризует­ся временно повышенной скоростью метаболизма и, следовательно, требует обильного кровоснабже­ния. В отсутствие последнего поступление макро­фагов и фибробластов в ложе раны прекращается, отчасти вследствие дефицита кислорода и пита­тельных веществ, что приводит к замедлению реге­нерации ткани.

Полагают, что процесс ангиогенеза в период ре­парации кожи является результатом действия раз­личных ангиогенетических стимулов. Активиро­ванные макрофаги высвобождают мощные стиму­ляторы ангиогенеза, в частности FGF [25], TNFa [24] и IL-8 [35]. Пролиферацию эндотелиальных клеток стимулируют также молочная кислота [26, 31], биогенные амины [59] и низкое парциальное давление кислорода [34]. Тромбоцитарные факто­ры и фактор роста эндотелия [42, 58] вызывают ми­грацию и пролиферацию эндотелиоцитов. Ангио­генез является регулируемым процессом, однако его механизмы изучены крайне мало.

Ремоделирование коллагена зависит от взаимо­действия процессов его синтеза и деградации, ко­торые котролируются рядом коллагеназ, синтези­руемых гранулоцитами, макрофагами, клетками эпидермиса и фибробластами. Тремя основными типами ферментов, обладающими способностью лизировать коллаген, являются бактериальные коллагеназы, лизосомальные протеазы и тканевые коллагеназы.

Первые 2 группы ферментов способны воздей­ствовать лишь на фрагментированный коллаген. Последняя разновидность коллагеназ (тканевые) состоит из 3 матриксных металлопротеиназ (ММР): интерстициальной коллагеназы (ММР-1), обеспечивающей деградацию коллагена типов I, II, III, X и XIII; желатиназы (ММР-2), расщепляющей денатурированный коллаген любого типа и пеп­тидный коллаген типов IV и V, и стромелизина (ММР-3), катализирующего распад коллагенов ти­пов III, IV, VII и IX.

Продукцию коллагеназ фибробластами стиму­лируют несколько ростовых факторов, в том числе IL-1, PDGF и инсулиноподобный фактор роста-1 (IGF-1). Ростовые факторы также способны регу­лировать скорость деградации вновь образованного матрикса.

Прекращение коллагенолитической активности в коже, как было показано, зависит от действия ес­тественных ингибиторов, присутствующих в соеди­нительной ткани всех органов человека, в том чис­ле тканевых ингибиторов металлопротеиназ (TIMP) [17].

Фаза эпителизации развивается только после за­вершения стадии грануляции и представляет собой миграцию, митоз и дифференцировку эпидермаль­ных клеток. Скорость миграции зависит от парци­ального давления кислорода в тканях и от относи­тельной влажности раны — скорость миграции пропорциональна влажности. При СД отмечена более низкая скорость эпителизации.

Точная картина миграции, посредством которой осуществляется регенерация эпидермиса, не выяс­нена.

Конечным этапом, длящимся в течение не­скольких месяцев, является фаза ремоделирова­ния, во время которой дерма отвечает на повреж­дение продолжающимся синтезом и распадом кол­лагена, а также деваскуляризацией грануляцион­ной ткани по мере созревания рубцовой, содержа­щей меньшее количество сосудов.

Роль ММР и их ингибиторов

ММР относятся к семейству Zn-зависимых эн­допептидаз, которые обеспечивают деградацию белковых компонентов межклеточного матрикса и базальных мембран. В настоящее время описано, включая данные о первичной структуре, более 20 различных ММР человека. На основании первич­ной структуры, субстратной специфичности и кле­точной локализации эти ферменты делят на 4 ос­новные подсемейства: коллагеназы, желатиназы, стромелизины и мембранно-связанные ММР. Од­нако некоторые недавно описанные ферменты, та­кие как металлоэластазы макрофагов ММР-2, ММР-7, стромелизин-3, ММР-18,                                                                       ММР-19,

ММР-20, ММР-23, не могут быть отнесены ни к одному из этих подсемейств [11]. Подсемейство коллагеназ включает в себя интерстициальную коллагеназу (ММР-1), коллагеназу нейтрофилов (ММР-8) и коллагеназу-3 (ММР-13). Эти фермен­ты разрушают нативные фибриллярные интерсти­циальные коллагены, разрывая единственную пеп­тидную связь в a-цепях, при этом образуются фраг­менты длиной приблизительно 1/4 и 1/3 длины ин­тактной молекулы [33, 41, 55]. Вместе с тем колла­геназы могут гидролизировать и другие субстраты, но способность разрушать фибриллярные коллаге­ны в основном свойственна только им. Коллагена­за нейтрофилов предпочтительно расщепляет кол­лаген I типа, тогда как интерстициальная коллаге­наза — коллаген III типа [41].

К подсемейству желатиназ относятся желатина­за А (ММР-2) и желатиназа В (ММР-9). Они могут расщеплять коллагены IV, V типов и эластин в со­ставе базальных мембран, а также денатурирован­ный коллаген (желатин). Последнее позволяет же­латиназам дополнять коллагеназы в процессах де­градации фибриллярных коллагенов [50, 56]. Кро­ме того, желатиназы гидролизируют коллагены других типов, а также ряд белков соединительно­тканного матрикса.

Стромелизин-1           (ММР-3), стромелизин-2

(ММР-10) из подсемейства стромелизинов и мат- рилизин (ММР-7) отличаются низкой субстратной специфичностью и участвуют в деградации многих белков ВКМ, включая протеогликаны и гликопро­теины, такие как ламинин и фибронектин.

Мембранно-связанные ММР имеют более вы­сокую субстратную специфичность [29] и лизируют коллагены I, II и III типов [44], фибронектин, ла­минин, витронектин и дерматансульфат протеог­ликан [45].

Все ММР синтезируются в виде профермента, многие из них секретируются клетками в латент­ной форме. Механизм активации профермента до конца не выяснен.

Тканевые ингибиторы ММР регулируют фер­ментативную активность ММР и их активацию in vivo [20, 26, 43]. Нормальным условием протекания физиологических процессов в ране является под­держание равновесия между активностью ММР и их ингибиторов [26]. Нарушение этого равновесия может оказывать глубокое воздействие на состав межклеточного матрикса и влиять на различные функции клеток, включая адгезию, миграцию и дифференциацию [20, 26, 43]. Работы, посвящен­ные структуре и функциям TIMP, подробно рас­сматриваются в обзоре D. Gomes и соавт. [26]. В настоящее время известно 4 члена семейства TIMP.

Большая часть сведений о свойствах ММР, на­копленных к настоящему времени, особенно ка­сающихся механизмов активации и ингибирования этих ферментов, получена в экспериментах in vitro или с использованием рекомбинантных ММР и TIMP.

К настоящему времени имеется мало данных об уровне активности ММР в хронических и острых ранах. Проводились исследования содержания ММР в биопсийном материале области язв [47] и раневом экссудате [37, 54]. Показано, что у боль­ных с хроническими трофическими нарушениями нижних конечностей (при СД, варикозной болез­ни, компрессионных язвах) уровень ММР был вы­ше, чем в острых ранах, и что активность ММР снижалась при заживлении ран. В работе A. Rogers и соавт. [47] показано, что соотношение ММР/ TIMP у больных с диабетическими язвами такое же, как и при варикозных язвах, и что в обоих слу­чаях отмечается повышение содержания ММР и TIMP по сравнению с уровнем ферментов в здоро­вой коже.

1. N. Trengove и соавт. [54] продемонстрировали снижение уровня активности ММР на 90% при применении ингибитора ММР и отметили значи­тельное снижение повышенного уровня ММР в хронических ранах при заживлении. Эти же про­цессы наблюдаются и при нормальном заживлении острых ран. Также показано, что использование факторов роста в лечении 15 больных с венозными

язвами приводит к увеличению содержания инги­биторов протеаз. J. Wright и соавт [57], применяв­шие перевязочные средства с микрокристалличе­ским серебром, отметили неравномерное сниже­ние уровня ММР и положительную динамику в со­стоянии язвенных дефектов у больных с венозны­ми язвами. В. Jvlast и G. Schultz [40], R. Tamuzzer и соавт. [52] утверждают, что в хронических ранах, повторных травмах, при ишемии и наличии инфек­ции повышен уровень ММР, снижены уровни TIMP и факторов роста, что приводит к наруше­нию фаз репарации и изменению процессов реге­нерации.

Таким образом, на основании данных, получен­ных в последнее время, можно предположить, что изменение уровня ММР и их ингибиторов может служить прогностическим фактором и быть кос­венным показателем эффективности проводимой терапии. ММР и TIMP можно рассматривать в ка­честве биохимических маркеров, позволяющих ко­личественно оценивать процесс регенерации тро­фических язв при СД. Изучение роли этих протеи­наз и возможности влиять на их активность будет способствовать созданию новых технологий в ле­чении ран.