Влияние антисептиков на ранние этапы инфекционного процесса в ране

14 Марта в 10:30 486 0


При всех инфекциях, входными воротами которых служат открытые полости или поверхности (инфекции с фекально-оральным, воздушно-капельным, артифициальным механизмами передачи; инфекции наружных покровов с контактным путем передачи), начальным этапом является адгезия (прикрепление) бактерий к тканям с последующим их размножением. Этот этап получил название колонизации. Благодаря колонизации в области входных ворот создается своеобразный «плацдарм» для накопления особей и захвата дальнейших участков тканей вплоть до инвазии через кровь и лимфу в отдаленные органы. Факторы адгезии и колонизации изучаются сравнительно недавно. К ним относятся ферменты, расширяющие защитные субстанции слизистых оболочек (нейраминидаза, lg A-протеаза и др.), ангифагоцитарные структуры (капсула, М-протеин стрептококков группы А, протеин А стафилококков, гликолипопротеин синегнойной палочки и др.), адгезины.

Адгезины — поверхностные структуры бактерий, специфически соединяющиеся с соответствующими, комплементарными им, рецепторами эпителиальных клеток и обеспечивающие прикрепление бактерий к эпителию хозяина, что является необходимым условием колонизации. 

Морфологическими органеллами бактериальной клетки, содержащими адгезины, у грамотрицательных бактерий являются фимбрин, или пили, у грамположительных микроорганизмов — поверхностные фибриллы, например липотейховая кислота (ЛТК) стрептококков. Пили гонококков состоят из линейных структур — пептидов. Роль адгезинов могут выполнять и белки наружной мембраны, что отмечено у менингококков, гонококков, микоплазм. 

Адгезины контактируют с поверхностью эукариотической клетки по тину взаимодействия растительных лектинов, осуществляющих углевод-белковое узнавание. Обычно лектинами называют белки и гликопротеины, способные специфически узнавать полисахариды, гликопротеины, гликолипиды и другие углеводсодержащие полимеры, локализованные на клеточных поверхностях. Контакт адгезинов с лектинами происходит по типу лаганд-рецепторного взаимодействия, при котором адгезия выполняет функции лиганда, а соответствующая ему структура на поверхности клетки-мишени — функции рецептора. Несмотря на отталкивание между двумя поверхностями, имеющими отрицательный заряд, бактериальная клетка и клетка-мишень осуществляют взаимосвязь за счет поверхностно расположенных гидрофобных молекул. Незаряженные молекулы поверхности бактериальной клетки вступают во взаимодействие с гидрофобными фосфолипидами, входящими в сослав липидного биослоя мембраны клетки животного или человека. 

Рассматривая бактериальную инфекцию на клеточном уровне, можно сказать, что она представляет собой результат взаимодействия бактериальной клетки с клеткой ткани организма-хозяина, где после необратимого прикрепления к клеткам этой ткани и последующей ее колонизации формируется первичный микробный очаг. 

В последнее время установлено, что в естественных условиях, в том числе в организме человека, патогенные микробы, как и представители нормальной микрофлоры, существуют в виде адгезированных биопленок и колоний. Свойства микробов, входящих в состав биопленок, в частности их чувствительность к антибиотикам, антисептикам и дезинфектантам, существенно отличаются от таковых у диффузно растущих бактериальных клеток. Показано, что бактерии, находящиеся в составе односуточной колонии, оказались существенно менее чувствительными к бактерицидному действию антимикробных препаратов по сравнению с микроорганизмами в бульонной культуре. Причинами, по-видимому, могут являться: взаимодействие препарата с поверхностными структурами (поверхностной пленкой и межклеточным веществом, в которое погружены микробные клетки в колонии); физиологические особенности адгезированных клеток (низкий уровень метаболизма); высокая концентрация клеток в колонии. 

Исследования с использованием конфокальной микроскопии раскрывают сложную архитектуру и физиологию биопленок. Бактерии внутри биопленок организованы в микроколонии, небольшие кластеры, как правило, содержащие от 2 до 200 маленьких клеток. Микроколонии разделены водными микроканальцами, которые представляют собой экстрацеллюлярные полисахаридные комплексы. В биопленках смешанных культур микроколонии содержат сообщества нескольких видов, вследствие чего становится возможной межвидовое взаимодействие, в частности синтрофический метаболизм ксенобиотиков и генетический обмен. 

Показано, что многие физиологические функции в моно- и поликультуральных биопленках осуществляются посредством небольшого числа отдельных клеток. Этот феномен позволяет предположить, что сообщества биопленок аналогичны по своей организации тканям и могут представлять собой эволюционную ступень между примитивными одноклеточными организмами и многоклеточными организмами, обнажающими специализированными клетками. Координация микроорганизмов внутри сообщества осуществляется за счет разнообразных функциональных молекулярных образований, таких как AHL (ацилированный гомосерин лактон), олигопептиды, аминокислоты и др. 

Морфологические особенности клеток в поверхностных слоях колонии могут способствовать адсорбции ими антимикробного вещества, что будет препятствовать проникновению последнего в более глубоко лежащие зоны колонии и способствовать выживанию находящихся там бактериальных клеток. Наконец, возможность накопления продуктов, способствующих связыванию или инактивации антибиотика внутри колонии, покрытой поверхностной пленкой, подобно тому как это происходит в периплазматическом пространстве грамотрицательных бактерий, несомненно, относится к одному из факторов высокой устойчивости этих образований к антибиотикам. 

В связи с вышеизложенным поиск и применение эффективных притивоинфекционных агентов должны осуществляться с учетом их антиадгезивных свойств, защищающих микроорганизм на начальных стадиях инфекционного процесса — на этапах адгезии и колонизации. Помимо этого, такие агенты должны способствовать дезинтеграции биопленок в тех случаях, когда колонизация биотопа уже осуществилась. 

Тот факт, что анионные и катионные ПАВ энергично взаимодействуют с фосфолипидами и белками, локализованными в мембране, свидетельствует о потенциальной способности поверхностно-активных антисептиков, в том числе и полимерных, а также самих полимеров (например, катионных полиэлектролитов) подавлять активность ферментов, расщепляющих защитные субстанции слизистых оболочек, блокировать антифагоцитарные структуры и адгезины, т. е. воздействовать на механизмы, ответственные за формирование инфекционного очага. 

Поэтому предупреждение формирования микробного очага путем прерывания адгезии можно вести на основе следующих принципов: 
  • блокировать рецепторные структуры тканей, связав их лигандом либо его аналогом, одна из разновидностей такого подхода — заселение слизистой оболочки сапрофитными бактериями, механизм прилипания которых сходен с механизмом адгезии патогенных возбудителей;
  • удалить рецепторы или изменить их состояние путем обработки открытых поверхностей биологически активными веществами; 
  • изменить состояние лигандных структур бактерий, блокируя их субстанциями, способными связываться с поверхностью бактерий. 
Результаты, полученные нами в экспериментах с использованием культур клеток фибробластов кожи и легкого эмбриона человека, показали широкий спектр возможностей данной модели для разностороннего тестирования антиинфекционных результатов. Помимо практически единственной возможности получить экспериментальные данные в отношении клеток человека, несомненными положительными качествами являются: 
  • относительно большая скорость и пропускная способность метода; 
  • стандартизованные условия с хорошо воспроизводимыми результатами, возможность одномоментного получения нескольких параметров, комплексно характеризующих лекарственный агент. 
Именно ввиду перечисленных преимуществ модели она может быть использована как для обширного скрининга препаратов с неизвестным механизмом действия, так и для достаточно детального тестирования перспективных соединений в доклиническом анализе. Относительно высокая скорость и пропускная способность позволили провести тестирование большого числа кандидатов в антиадгезанты и оценить их проективные возможности. 


Интересно отметить, что антиадгезивные свойства некоторых ПАВ проявляются в концентрациях более низких, чем бактериостатические. Так, антиадгезивный эффект катанола проявляется в присутствии 1/20 МИК. Примечательно также то, что небольшие различия между антиадгезивной дозой и дозой, ингибирующей рост бактерий, не являются препятствием к использованию препаратов на биологической системе, так как для отбора препаратов с этой целью более важно отсутствие токсичности для тканей. 

Результаты исследований показали, что ПАВ заметно снижали индекс инфицирования ткани, при этом дозы, лимитирующим фактором для использования которых являлась лишь цитотоксичность, в ряде случаев заметно превышали минимальные концентрации, ингибирующие рост стрептококка. Следовало ожидать дополнительного обеззараживающего эффекта за счет гибели бактерий, прилипших к эпителию. Это подтверждалось изменением окраски и морфологии возбудителей (появления раздутых форм вследствие нарушения проницаемости клеточной стенки микроба). 

Таким образом, показана принципиальная возможность использования противоинфекционных агентов, значение которых связано не только с бактерицидным действием, но и со способностью изменить состояние лигандов и рецепторов эпителия в суббактериостатических концентрациях. Дозы, которые следует использовать в клинике, должны быть ниже токсической (МТК50) не менее чем в 2 раза. Если используемые при этом дозы равны или больше МИК, следует ожидать двустороннего эффекта на ткань и возбудителя, что может повысить терапевтическую ценность препарата. Представленная система оценки противоинфекционных свойств ПАВ оказалась очень удобной и позволяла осуществлять скрининг препаратов, оценивать их токсичность для ткани, подлежащей деконтаминации, и эффективность ингибирования адгезии.

В эксперименте выявлено, что различные клетки неодинаково чувствительны к адгезии исследованных возбудителей (псевдомонас, стафилококк, кандида), выделенных из клинического материала. Так, псевдомонады способны инфицировать почечную ткань человека и обезьяны, клетки Нер-2 и вагинальный эпителий, и только почечный эпителий собаки менее чувствителен к инфекции этим возбудителем. Различные штаммы стафилококка проявляют неодинаковую способность инфицировать различные ткани: штаммы 8325 и 209 более активно инфицировали клетки вагинального эпителия, штамм 1582 — эпителий почки человека. 

Оказалось, грибы рода Candida наиболее активны на клетках вагинального эпителия. В связи с тем, что клетки вагинального эпителия оказались наиболее чувствительной системой для тестирования адгезивных свойств всех трех возбудителей, она и была выбрана для дальнейших экспериментов с целью подтвердить возможности использования предлагаемого способа в системе нормальных клеток человека, инфицированных различными видами микроорганизмов. Выявлено, что противоинфекционная активность ПАВ зависит от возбудителя.

Эффективные противоинфекционные дозы ПАВ для стафилококка лежат в диапазоне 1—25 мкг/мл, а для псевдомонад — в дозе до 25 мкг/мл. 

Примером получения достаточно детальной характеристики, включающей бактериостатическую, антиадгезивную и токсикологическую оценки, явилось исследование антисептика полисепта из класса полимерных бигуанидиновых оснований. Анализ позволил выявить такие положительные качества препарата: 
а) наличие собственной антиадгезивной активности в отношении грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов; 
б) не только отсутствие инактивации антисептика в присутствия 50% сыворотки крови, но и некоторое усиление антиинфекционных характеристик; 
в) значительное отличие минимальных ингибирующих концентраций (МИК) (0,63-1,25 мкг/мл) в содержащей сыворотку крови среде, имитирующей условия макроорганизма.

Токсикологическая оценка препаратов по биохимическим показателям нормального метаболизма клеток (индуцированному ПОЛ, изменению активностей ферментов ЛДГ и ДТ-диафоразы) может служить точным инструментом для выявления границ лекарственной безопасности, особенно при тестировании вновь созданных антиинфекционных агентов. 

Выявление антиадгезивной активности соединений с различными механизмами действия в лигандрецепторном комплексе показало, что эффективные протекторы могут находиться в разных классах препаратов. Так, на примерах полисепта, хлоргексидина и полимерного катапола продемонстрирована способность антисептиков снижать обсемененность клеток-мишеней. К числу биологически активных антиадгезантов можно отнести нативную сыворотку, ее отдельные компоненты (альбумин, глобулины нормальный и стафилококковый), а также лактоферрин и муцин слюны, тем более что высокое содержание в них сиаловых кислот теоретически предсказывало наличие у них антиадгезивного эффекта. 

Конкурентное связывание клеткой-мишенью микроорганизмов разных таксономических единиц, включая сапрофитные формы (на примере Corynebacterium xerosis), оказалось самостоятельным направлением в разработке систем профилактики инфекционного процесса эубиотиками. Впервые убедительно продемонстрирована неспецифическая в отношении участников комплекса «патоген — клетка хозяина» протективная активность липосом, что с установленными ранее бактериостатическими и противовоспалительными свойствами делает этот агент перспективным для дальнейшего фармакологического дизайна.

Результаты исследования также показали, что созданная тест-система на основе клеток человека позволяет исследовать любые растворимые ксенобиотики.

Афиногенов Г.Е., Краснова М.В.
Похожие статьи
  • 15.03.2013 21401 26
    Гнойные заболевания грудной стенки. Гнойный мастит

    Мастит, грудница (mastitis) — воспаление паренхимы и интерстициальной ткани молочной железы; изолированное воспаление молочных ходов — галактофорит (galactoforitis); воспаление желез околососочковой зоны — ареолит (areolitis). Мастит следует отличать от других воспалительных ...

    Инфекционные заболевания
  • 12.03.2013 19502 28
    Сепсис. Лечение

    Лечение сепсиса проводят в отделении интенсивной терапии. Оно включает в себя хирургическое лечение, антибактериальную терапию, детоксикационную терапию и иммунотерапию, устранение водно-электролитных и белковых нарушений, восстановление нарушенных функций органов и систем, сбалансированное высокока...

    Инфекционные заболевания
  • 15.03.2013 19066 28
    Гнойные заболевания легких. Острый абсцесс легкого

    Абсцесс легкого — гнойно-деструктивная наполненная гноем полость, окруженная участком воспалительной перифокальной инфильтрации легочной ткани. Абсцесс легкого — заболевание полиэтиологическое. Острые легочно-плевральные нагноения возникают в результате полимикробного инфицирования аэробно-анаэробны...

    Инфекционные заболевания
показать еще
 
Общее в медицине