急性炎症 

 

炎症通常可依病程經過分為兩大類:

急性炎症(acute inflammation)和慢性炎症(chronic inflammation)。 

 

急性炎症: 

 起病急驟,持續時間短,僅幾天到一個月,以滲出病變為其特徵,炎症細胞浸潤以粒細胞為主。

 

慢性炎症: 

 持續時間較長,常數月到數年,常以增生病變為主,其炎症細胞浸潤則以巨噬細胞和淋巴細胞為主。

 

 鑒於抵抗病原微生物的兩種主要成分,即白細胞和抗體均靠血液運輸,因而在急性炎症中血液動力學改變、血管通透性增高和白細胞滲出這三種改變十分明顯。結果造成富含蛋白質的滲出液、纖維蛋白及白細胞在損傷部位的血管外間隙積聚。這就是急性炎症病理組織學的主要特徵。

 

一、血液動力學改變 

 組織受損傷後的微循環很快發生血液動力學變化,即血液的血管口徑的改變,病變發展速度取決於損傷的嚴重程度。血液動力學的變化一般按下列順序發生(圖51)。

 

1.血管進一步擴張,血流開始變慢, 

血漿滲出 

2.血流變慢,白細胞遊出血管外 

3.血流顯著變慢,除白細胞遊出外, 

紅細胞漏出 

51 血液動力學變化模式圖 

 

1.細去脈短暫收縮: 

 損傷發生後迅即發生短暫的細動脈收縮,持續僅幾秒鐘。其機制可能是神經源性的,但某些化學介質也能引起血管收縮。

 

2.血管擴張、血流加速: 

 先累及細動脈,隨後導致更多微血管床開放,局部血流量增加,此乃急性炎症早期血液動力學改變的標誌,也是局部紅、熱的原因。

 

 血管擴張的發生機制與神經和體液因素均有關。神經因素即所謂軸突反射。以炎症介質所代表的體液因素對血管擴張的發生起更為重要的作用。

 

3.血流速度減慢: 

 血流速度減慢是微血管通透性升高的結果。富含蛋白質的液體向血管外滲出導致血管內紅細胞濃集和粘稠度增加。最後擴張的小血管內擠滿了紅細胞,稱為血流停滯(stasis)。

 

4.白細胞附壁:

 隨血流停滯的出現,微血管血液中的白細胞,主要是中性粒細胞始邊集(leukoctytic margination)並與內皮細胞粘附,這一現象稱為白細胞附壁。隨後白細胞借阿米巴樣運動遊出血管進入組織間隙。

 

 血液動力學變化所經歷的時間與刺激的種類和強度有關。極輕度刺激所引起的血流加快僅持續1015分鐘,然後逐漸恢復正常;輕度刺激下血流加快,可持續幾小時,接著血流變慢,甚至停滯;較重刺激下可在1530分鐘出現血流停滯,而嚴重損傷常僅需幾分鐘就可出現血流停滯。此外,局部血液動力學改變還與距離損傷因數遠近有關,例如皮膚燒傷病灶的中心可能已發生了血流停滯,而周邊部的血管尚處於擴張狀態。

 

二、血管通透性升高

  炎性水腫除了在炎症的最早階段是由於血管擴張、血流速度加快導致流體靜力壓升高、血漿超濾,使基本不含蛋白質的液體從毛細血管濾出所致外,富含蛋白質的滲出液的產生則主要是由血管通透性增加造成的。由於大量蛋白質從血漿到達血管外間質,使血漿膠體滲透壓降低,而組織膠體滲透壓升高,使更大量液體聚集在間質內,從而形成炎性水腫或漿膜腔炎性積液。

 

  微循環血管通透性的維護,主要依賴于內皮細胞的完整性。在炎症過程中,下列機制可引起血管通透性的增加(圖52)。

 

 

52 血管通透性增加的四種機制模式圖

左上圖示內皮細胞收縮,累及細靜脈;

右上圖示直接損傷內皮細胞,累及全部微循環;

左下圖示白細胞介導之內皮損傷,主要累及細靜脈和毛細血管;

右下圖示再生內皮細胞,主要累及毛細血管

 

1.內皮細胞收縮:

  在組胺、緩激肽和其他炎症介質與內皮細胞受體結合後,可迅速引起內皮細胞收縮,致使內皮細胞間形成寬約0.51.0μm的縫隙。由於這些炎症介質的半壽期較短僅1530分鐘,故這種反應被稱為速發短暫反應(immediate transient response)。此反應僅累及2060μm口徑的細靜脈,而細動脈和毛細血管不受累。抗組胺藥物能抑制此反應。

 

2.直接內皮損傷:

  如嚴重燒傷和化膿菌感染等嚴重刺激可直接造成內皮細胞損傷,使之壞死和脫落。血管通透性增加發生迅速,並在高水準上持續幾小時到幾天,直至受損血管內形成血栓,此過程被稱作速發持續反應(immediate-sustained response)。細動脈、毛細血管和細靜脈各級微循環血管均可受累。

 

  輕、中度熱損傷、X線和紫外線損傷以及某些細菌毒素所引起的內皮細胞直接損傷等則發生較晚,常在212小時之後,但可持續幾小時到幾天,稱為遲發持續反應(delayed prolonged response)。此反應僅累及毛細血管和小靜脈。

 

3.白細胞介導的內皮損傷:

  在炎症的早期,白細胞附壁並與內皮細胞粘附,引起白細胞的啟動,釋放具有活性的氧代謝產物和蛋白水解酶。後者可引起內皮細胞的損傷或脫落,使血管通透性增加。

 

4.新生毛細血管壁的高通透性:

  在修復過程中所形成的新生毛細血管芽,其內皮細胞連接發育不成熟,可說明愈複性炎症中的液體外滲和水腫。

 

  應該指出,上述四種機制在對某些刺激的反應過程中均發揮其作用。例如在熱損傷的不同階段,血管通透性增加所導致的液體外滲,可由化學介質造成的內皮細胞收縮、白細胞介導的內皮損傷、內皮的直接損傷和新生毛細血管壁的通透性引起。不同化介質可能相繼被啟動,從而導致持續反應。

 

  局部炎性水腫可稀釋毒素,減輕對局部的損傷作用;為局部浸潤的白細胞帶來葡萄糖、氧等營養物質,並帶走代謝產物;滲出物所含的抗體和補體等物質,有利於消滅病原體;滲出物中的纖維蛋白原所形成的纖維素交織成網,一方面可限制病原微生物的擴散,使病灶局限化,另一方面也有利於吞噬細胞發揮吞噬作用,在炎症的後期纖維素網還可成為修復的支架,並有利於纖維母細胞產生膠原纖維;滲出物中的病原微生物和毒素隨淋巴液被攜帶到局部淋巴結,可刺激機體產生細胞和體液免疫。

 

  但如果滲出液過多,則可影響器官功能和壓迫鄰近器官,例如肺胞內滲出物堆集可影響換氣功能,心包和胸腔積液可壓迫心、肺、嚴重的喉頭水腫可引起窒息,等等。纖維素性滲出物如果不能被完全吸收,則發生機化,例如在肺可引起肺肉質變在漿膜腔可引起漿膜粘連甚至漿膜腔閉鎖。

 

三、白細胞的滲出和吞噬作用

 炎症反應的最重要功能是將炎症細胞輸送到炎症局部,白細胞的滲出是炎症反應最重要的特徵。中性粒細胞和單核細胞滲出可吞噬和降解細菌、免疫複合物和壞死組織碎片,構成炎症反應的主要防禦環節。但白細胞也可通過釋放酶、化學介質和毒性自由基等,引起組織損傷並可能延長炎症過程。

 

 白細胞的滲出過程是極其複雜的,經過附壁、粘著、遊出和趨化作用等階段到達炎症灶,在局部發揮重要的防禦作用。

 

1.附壁:

 隨著血管擴張、血管通透性增加和血流緩慢,白細胞離開軸流,並沿內皮滾動。此時內皮細胞表面襯覆一層滾動的白細胞,猶如在人行道上前進的人群。最後白細胞粘附于血管內皮細胞。

 

2.粘著:

 雖然多種因素影響著內皮細胞與白細胞的粘著,諸如內皮細胞和白細胞表面負電荷被中和而相互排斥力下降,二價陽離子橋接內皮細胞與白細胞而促進粘著等,但現在明瞭這種粘著是內皮細胞和白細胞表面粘附分子(adhesion motecule)相互識別引起的。炎平可使內皮細胞和炎症細胞表達新的粘附分子,增加粘附分子的數目和增強彼此的親合性。

某些因數作用于內皮細胞,而另一些作用於白細胞,還有一些作用於兩者,促進粘附分子的表達。

 

1)白細胞表面粘附分子的表達:

 在補體C5a作用下白細胞增加三種整合蛋白類糖蛋白的表達。整合蛋白是由不同的α單位和β亞單位構成的異二聚體,具有廣泛的生物功能。促進白細胞與內皮細胞粘著而表達於白細胞的整合蛋白包括LFA1MAC1P15095(即CD11/CD18複合物)。C5a不僅可促進這三種整合蛋白的表達,還可改變其構象而增加與配體的親合性。

 

2)內皮細胞表面粘附分子的表達:

 在內皮細胞表面MAC1LFA1的配體是細胞間粘附分子1intercellular adhesion molecule 1ICAM-1)。在IL1和其他一些炎症介質的作用下,內皮細胞可增加細胞表面粘附分子的表達。高表達內皮細胞白細胞粘附分子1endothelial leukocyte adhesion molecule 1ELAM-1)可促進中性粒細胞的粘著;高表達ICAM1促進中性粒細胞和淋巴細胞的粘著;血管細胞粘附分子(vascular cell adhesion molecule1VCAM-1)促進淋巴細胞和單核細胞粘著。

3)腫瘤壞死因數(TNF):

 則可促進內皮細胞和白細胞粘附分子的表達。

 

3.遊出和趨化作用:

 白細胞通過血管壁進入周圍組織的過程稱為遊出(emigration)。粘著于內皮細胞表面的白細胞沿內皮表面緩慢移動,在內皮細胞連接處伸出偽足,整個白細胞逐漸以阿米巴運動方式從內皮細胞縫隙逸出,到達內皮細胞和基底膜之間,最終穿過基底膜到血管外(圖53)。

 

 

53 中性粒細胞的附壁和遊出

注入致炎因數(毒素)10小時後的局部小靜脈,可見四個中性粒細胞:

1.中性粒細胞與多個紅細胞(RBC)位於血管腔內,

2.中性粒細胞正穿過血管壁到達血管外,

3.中性粒細胞位於內皮細胞(E)和周細胞(P)之間,

4.中性粒細胞遊出達到血管外

 

 用電子顯微鏡可追蹤此遊出軌跡。一個白細胞通常需212分鐘才能完全通過血管壁。中性粒細胞、單核細胞、淋巴細胞、嗜酸性和嗜鹼性粒細胞都是以此種阿米巴運動方式遊出的。血管壁受嚴重損傷時紅細胞也可漏出,但這是個被運過程,是流體靜壓力把紅細胞沿白細胞遊出的途徑或內皮細胞壞死崩解的裂口推出血管外。

 


 

 炎症的不同階段,遊出的白細胞也不同。在急性炎症的早期,中性粒細胞首先遊出。

 

 48小時後組織內則以單核細胞浸潤為主,其原因首先在於中性粒細胞的壽命短,經2448小時中性粒細胞崩解消失,而單核細胞在組織內存活時間長;中性粒細胞停止遊出後,單核細胞仍可持續遊出;第三個因素為在炎症的不同階段所啟動的趨化因數不同。現已證實中性粒細胞能釋放單核細胞趨化因數,因此中性粒細胞游出後必然引起單核細胞的遊出。

 

 此外,由於致炎因數不同,滲出的白細胞也不同:常見的葡萄球菌和鏈球菌感染,以中性粒細胞滲出為主;病毒感染以淋巴細胞為主;在一些過敏反應,則以嗜酸性粒細胞滲出為主。

 

 趨化作用(chemotaxis)是指白細胞向著化學刺激物所在部位作定向移動,移動速度約每分鐘520μm這些化學刺激物稱為趨化因數。研究白細胞的趨化作用可採用微孔濾膜Boyden小室技術的和顯微縮時攝影技術記錄白細胞的運動軌跡。研究發現,趨化因數的作用是有特異性的,有些趨化因數只吸引中性粒細胞,而另一些趨化因數則吸引單核細胞,或嗜酸性粒細胞等。此外,不同細胞對趨化因數的反應能力也不同。粒細胞和單核細胞對趨化因數的反應較顯著。而淋巴細胞對趨化因數的反應則較弱。

 

 一些外源性和內源性化學物質具有趨化作用。常見的白細胞趨化因數包括可溶性細菌產物、補體系統成分(特別是C5a)和花生四烯酸經脂質加氧酶途徑的代謝產物(特別是白細胞三烯B4)等。單核細胞還對中性粒細胞的衍生物、致敏淋巴細胞所釋放的因數及纖維粘連蛋白斷片起趨化反應。在Ⅰ型變態反應中,IgE致敏的肥大細胞或嗜鹼性粒細胞在同種抗原的刺激下,可釋放過敏反應嗜酸性粒細胞趨化因數(EFCA),致使嗜酸性粒細胞積聚。此外致敏淋巴細胞釋放的因數和C5a也是嗜酸性粒細胞的趨化因數。

 

 白細胞如何「發現」趨化因數,趨化因數又如何引起白細胞定向運動?首先,白細胞表面有趨化因數的受體,在各種趨化因數與其特異性受體結合後可引起一系列信號傳導通路成分的改變,儘管其全部機制並未徹底揭開。在趨化因數與白細胞表面的受體啟動後可啟動磷脂酶C,導致4,5二磷酸磷脂醯肌醇水解,產生三磷酸肌醇和二乙醯基甘油,進而使細胞內游離鈣離子升高,首先是細胞內儲存鈣釋放,然後是細胞外鈣離子通過鈣通道進入細胞內。由於細胞內鈣離子濃度升高,細胞內便組裝可引起細胞運動的收縮成分。此外在趨化因數與受體結合後還能啟動磷脂酶A2,後者將細胞膜磷脂轉換成花生四烯酸。二乙醯基甘油通過啟動蛋白激酶C在白細胞啟動的不同階段、脫顆粒和分泌過程中發揮作用。

 

4.白細胞在局部的作用:

 遊出的白細胞在炎症灶局部發揮吞噬作用(phagocytosis)和免疫作用,能有效地殺傷病原微生物,因而成為炎症防禦反應中極其重要的一環。

 

1)吞噬作用:

吞噬作用是指白細胞遊出到炎症灶,吞筮病原體以及組織碎片的過程。完成此功能的吞噬細胞主要有兩種;中性粒細胞和巨噬細胞,其吞噬異物的過程基本相同,但其結構和化學成分則有所不同。

 

1)吞噬細胞的種類:

 中性粒細胞直徑1012μm,胞核呈杆狀或分葉狀,通常為25葉,葉間有染色質絲相連,核染色質呈塊狀,著色深。細胞漿內富含中性顆粒,相當於電鏡下的溶酶體。在電鏡下,中性顆粒可分為嗜苯胺藍顆粒和特異性顆粒兩種。前者又稱嗜天青顆粒,體積較大、電子密度高,約占全部顆粒的10%~20%。含有酸性水解酶、中性蛋白酶、髓過氧化物酶、陽離子蛋白、溶菌酶及磷脂酶A2等。特異性顆粒較小、電子密度較低,占全部顆粒的80%,含有溶菌酶、磷脂酶A2、乳鐵蛋白及鹼性磷酸酶等。

 

 炎症灶內的巨噬細胞,大多來自血液的單核細胞,直徑為1417μm。細胞核呈腎形或彎曲折疊的不規則形,染色質顆粒纖細而疏鬆,故著色較淺。胞漿較豐富,內有大小、緻密度和形態均不一致的溶酶體,富含酸性磷酸酶和氧化酶。巨噬細胞受外界刺激能被啟動,表現為細胞體積增大,細胞表面皺襞增多,線粒體和溶酶體增多,其功能也相應增強。

 

2)吞噬過程:

包括識別和粘著、吞入及降解三個階段。

 

識別和粘著:

 在無血清存在的條件下,吞噬細胞很難識別並吞噬細菌。因為在血清中存在著調理素(opsonin),即一類能增強吞噬細胞吞噬活性的血清蛋白質,主要是IgGC3b。吞噬細胞藉其表面的Fc受體和C3bC3biMac-1),能識別被抗體或補體包被的細菌,經抗體或補體與相應受體結合,細菌就被粘著在吞噬細胞的表面(圖54)。

 

吞入:

 細菌粘著於吞噬細胞表面之後,吞噬細胞乃伸出偽足,隨偽足延伸和互相吻合,形成由吞噬細胞包圍吞噬物的泡狀小體,謂之吞噬體(phagosome)。吞噬體逐漸脫離細胞膜進入細胞內部,並與初級溶酶體融合,形成吞噬溶酶體(phagolysosome),溶酶體內容物傾注其中,細菌在吞噬溶酶體內被殺傷、降解。

 

殺傷和降解:

 進入吞噬溶酶體的細菌主要是被具有活性的氧化代謝產物殺傷的。吞噬過程使白細胞的耗氧量激增,可達正常消耗量的220倍,並啟動白細胞氧化酶(NADPH氧化酶),後者使還原型輔酶Ⅱ(NADPH)氧化而產生超氧負離子(O2-)。

 

 

 大多數超氧負離子經自發性歧化作用轉變為H2O2。在中性粒細胞的嗜天青顆粒中存在著髓過氧化物酶(MPO),在有氯化物存在的條件下,該酶可將H2O2還原生成次氯酸HOCL·)(圖55)。

 

 

 HOCL·是強氧化劑和殺菌因數。羥自由基是另一種殺菌因數。

 

 

5-4吞噬過程示意圖

示吞噬細胞的識別和吞入

 

55 吞噬細胞的氧化代謝活性產物殺菌機制圖解

 

氧代謝產物可通過下列途徑殺菌:

與細菌細胞膜磷脂分子中的高度不飽和脂肪酸發生脂質過氧化反應,導致細胞膜的生理狀態破壞,細胞膜對陽離子的通透性升高。細菌內游離鈣離子濃度的升高,可啟動鈣依賴性磷脂酶和某些蛋白激酶,從而造成細菌的損傷和死亡。

 

與氨基酸、蛋白質和糖分子上的某些反應基因發生氧化還原反應,使具有重要生理功能的酶失去活性,一些大分子物質改變其物理和生物學特性。

 

可穿過細胞膜進入細胞內部,與細菌內部分子起作用。

 

與細菌的DNA發生反應,促進姐妹染色單體交換。此外脂質過氧化物在分解過程中產生丙二醛,後者與DNA發生交聯,從而影響DNA複製,阻斷細菌繁殖,最後導致細菌死亡。

 

因此,H2O2MPOCL-系統是最有效的殺菌系統,其殺菌效能比單獨H2O250倍,而且對細菌、真菌、支原體和病毒均有殺傷效應。

 

 白細胞顆粒中那些不依賴氧的物質也能殺傷病原體,包括增加細菌通透性蛋白(bacterial permeabilityincreasing protein,即BPI蛋白)、溶菌酶(水解細胞之細胞壁)、乳鐵蛋白和一組新發現的富含精氨酸的陽離子蛋白質,後者能溶解細菌細胞壁,被稱作殺菌(phagocytin)或防禦素(defensins)。吞噬作用完成後,吞噬溶酶體內的pH降至45,其內的酸性水解酶就可在此種合適的的pH環境下發揮降解細菌的作用。

 

 通過吞噬細胞的上述殺傷作用,大多數病原微生物被殺傷。但有些細菌,在白細胞內處於靜止狀態,仍具有生命力和繁殖力,如結核桿菌,一旦機體抗抵力下降,這些病原體又能繁殖,並可隨吞噬細胞的遊走而在體內播散。生活在吞噬細胞內的細菌難以受到抗生素和機體防禦機制的影響,故很難在機體內消滅。

 

2)免疫反應:

 免疫反應需淋巴細胞、漿細胞和巨噬細胞的協同作用。淋巴細胞大小不一,直徑616μm。胞核圓形或卵圓形,核的一側常有小凹陷,核染色質呈緻密塊狀,故著色深。胞漿少,可見少數不含過氧化酶的嗜苯胺藍顆粒。淋巴細胞又分為T細胞和B細胞。漿細胞形狀特殊,呈一端稍粗的卵圓形,核呈圓形,位於細胞的較粗端一側,在胞漿側與胞漿間有一亮暈核的異染色質豐富呈輪輻狀排列。胞漿略嗜鹼性,電鏡下富含粗面內質網。其功能在於產生抗體。

 

 抗原進入機體後,巨噬細胞將其吞噬處理,再把抗原遞呈給TB細胞,使其致敏。免疫活化的淋巴細胞分別產生淋巴因數和抗體,發揮其殺傷病原微生物的作用。

 

 淋巴細胞和漿細胞浸潤常見於慢性炎症,尤其是與細胞免疫有關的慢性肉芽腫性炎症,如結核、梅毒等。

 

3)組織損傷:

 在某些情況下,白細胞啟動後可向細胞外間隙釋放其產物,這些產物包括溶酶體酶、氧源性代謝產物和花生四烯酸代謝產物(前列腺素和白細胞三烯)等。這些產物本身有強烈的介導內皮細胞和組織損傷的作用及加重原始炎症刺激因數的損傷效能。這種白細胞介導的組織損傷在許多人類炎症性疾病中都能見到,類風濕性關節炎便是一個明顯的例證。

 

5.白細胞的功能缺陷:

 如前所述,白細胞在機體的防禦反應中起著極其重要的作用。先天性和獲得性白細胞功能缺陷將造成病人的反復感染。從白細胞先天性功能缺陷的病例可加深對白細胞在炎症反應中的作用的認識。現舉例說明如下:

 

1)吞噬功能缺陷:

 可表現在從與內皮細胞的粘著到殺菌活性的全過程。

 

1)粘著缺陷:

 典型的例子是白細胞粘著缺陷(leukocyte adhesion deficiency), 見於常染色體隱生遺傳病,其發病機制在於LFA1Mac-1中的β鏈生物合成缺陷,因而影響白細胞粘著于內皮細胞。

 

2)識別障礙:

 主要因調理素缺乏,見於丙種球蛋白缺乏症及補體缺乏。

 

3)趨化作用缺陷:

 可表現為白細胞運動能力降低和趨化因數產生障礙,如在ChédiakHigashi綜合征(常染色體隱性遺傳性疾病),以白細胞胞漿內出現巨大溶酶體為其特徵,存在多種異常,包括微管組裝障礙,因而影響白細胞的位移。而先天性補體缺乏則使趨化因數生成障礙。

 


 

4)吞入或脫顆粒障礙:

 在ChédiakHigashi綜合征時,由於微管組裝障礙,而影響溶酶體內容物傾入吞噬小體,影響白細胞的殺菌能力,因而病人表現為反復化膿性感染。中性粒細胞肌動蛋白功能障礙(actin dysfunction)影響病原體的吞入。當然,調理素缺乏亦影響病原體的吞入。

 

5)殺傷作用缺陷:

 H2O2產生障礙見於慢性肉芽腫病(chronic granulomatous diseaseCGD),它是X連鎖遺傳性疾病,男性嬰兒和兒童患病,是由於NADPH氧化酶缺乏,故影響H2O2的產生,導致H2O2MPOCL-殺菌功能不良。一般細菌在代謝過程中能產生少量H2O2,但有的細菌能產生分解H2O2的過氧化氫酶,如金黃色葡萄球菌,所以該細菌可在CGD患者體內存活下來。而肺炎雙球菌等產生少量H2O2,卻不產生過氧化氫酶,這些H2O2則足以啟動H2O2MPOCL-殺菌功能系統,而將細菌殺死。因此CGD病人常表現為過氧化氫酶陽性細菌的感染。這類病例說明活性氧化代謝產物在殺滅病原微生物中的重要作用。

 

 某些疾病如ChédiakHigashi綜合征和糖尿病,則因多個環節缺陷而影響吞噬作用。

 

2)免疫反應缺陷:

 主要是先天性免疫缺陷,嚴重損傷機體的免疫功能及炎症反應。例如B細胞缺陷(Bruton綜合征)、T細胞缺陷(Di George綜合征),以及聯免疫缺陷病等。

 

 瞭解急性炎症過程的基本病變就可清楚地闡明炎症的局部表現。炎症局部小血管呈明顯而又持續性地擴張,致使局部組織發紅。發生在體表或接近皮膚的炎症,由於局部血流量增多,故局部發熱。腫脹的主要原因是局部水腫和滲出物積聚。對局部疼痛的機制目前還不十分清楚,某些炎症的介質如緩激肽和某些前列腺素可引起疼痛。因局部水腫和滲出物積聚所引起的組織內張力增高可能是疼痛最重要的因素,因此膿腫在局部排膿後疼痛症狀可立即緩解。局部功能障礙是由於疼痛而反射性地抑制肌肉活動,以及局部水腫使活動受限所致。

 

四、炎症介質

 急性炎症反應中的血管擴張、通透性升高和白細胞滲出的發生機制,是炎症發生機制的重要課題。有些致炎因數可直接損傷內皮,引起血管通透性升高,但許多致炎因數並不直接作用於局部組織,而主要是通過內源性化學因數的作用而導致炎症,故又稱之為化學介質或炎症介質(inflammatory mediator)。

 

1.細胞釋放的炎症介質:

1)血管活性胺:

 包括組胺和5-羥色胺(5HT)。組胺主要存在於肥大細胞和嗜鹼性粒細胞的顆粒中,也存在於血小板。

 

引起肥大細胞釋放組胺的刺激包括:

 創傷或熱等物理因數;

 免疫反應,即抗原與結合於肥大細胞表面的IgE相互作用時,可使肥大細胞釋放顆粒;

 補體片斷,如過敏毒素(anaphylatoxin);

 中性粒細胞溶酶體陽離子蛋白;

 某些神經肽。在人類,組胺可使細動脈擴張,細靜脈內皮細胞收縮,導致血管通透性升高。組胺可被組胺酶滅活。組胺還有對嗜酸性粒細胞的趨化作用。

 

 5HT由血小板釋放,膠原和抗原抗體複合物可刺激血小板發生釋放反應。雖然在大鼠其作用與組胺相似,但在人類炎症中的作用尚不十分清楚。

 

2)花生四烯酸代謝產物:

 包括前列腺素(PG)和白細胞三烯(leukotriene,LT,均為花生四烯酸(arachidonic acidAA)的代謝產物。AA是二十碳不飽和脂肪酸,是在炎症刺激和炎症介質(如C5a)的作用下啟動磷脂酶產生的,在炎症中,中性粒細胞的溶酶體是磷脂酶的重要來源。AA經環加氧酶和脂質加氧酶途徑代謝,生成各種產物(圖56)。

 

 

56 炎症過程中花生四烯酸的代謝

 

 總之,炎症刺激花生四烯酸代謝並釋放其代謝產物,導致發熱、疼痛、血管擴張、通透性升高及白細胞滲出等炎症反應。另一方面,抗炎藥物如阿司匹林、消炎痛和炎固醇激素則能抑制花生四烯酸代謝、減輕炎症反應。

 

3)白細胞產物:

被致炎因數啟動後,中性粒細胞和單核細胞可釋放氧自由基和溶酶體酶,促進炎症反應和破壞組織,成為炎症介質。

 

1)活性氧代謝產物:

其作用包括三個方面:

 損傷血管內皮細胞導致血管通透性增加。

 滅活抗蛋白酶(如可滅活α1抗胰蛋白酶),導致蛋白酶活性增加,可破壞組織結構成分,如彈力纖維。

 損傷紅細胞或其他實質細胞。

 

當然,血清、組織液和靶細胞亦有抗氧化保護機制,故是否引起損傷取決於兩者之間的平衡狀態。

 

2)中性粒細胞溶酶體成分:

因中性粒細胞的死亡、吞噬泡形成過程中的外溢及出胞作用,溶酶體成分可外釋,介導急性炎症。其中中性粒細胞蛋白酶,如彈力蛋白酶、膠原酶和組織蛋白酶可介導組織損傷。

 

陽離子蛋白質具有如下生物活性:

引起肥大細胞脫顆粒而增加血管通透性;

對單核細胞的趨化作用;

起中性和嗜酸性粒細胞遊走抑制因數的作用。

 

4)細胞因數:

 細胞因數(cytokines)主要由啟動的淋巴細胞和單核細胞產生,可調節其他類型細胞的功能,在細胞免疫反應中起重要作用,在介導炎症反應中亦有重要功能。

IL-1TNF的分泌可被內毒素、免疫複合物、物理性損傷等多種致炎因數刺激,可通過自分泌、旁分泌和全身作用等方式起作用。特別是它們可促進內皮細胞表達粘附分子,增進白細胞與之粘著。也可以引起急性炎症的發熱。TNF還能促進中性粒細胞的聚集和啟動間質組織釋放蛋白水解酶。IL8是強有力的中性粒細胞的趨化因數和啟動因數(圖57)。

 

 

57 IL1TNF在炎症中的主要作用

 

5)血小板啟動因數:

 血小板啟動因數(platelet activating factor,PAF)是另一種磷脂起源的炎症介質,乃由IgE致敏的嗜鹼性粒細胞在結合抗原後產生。除了能啟動血小板外,PAF可增加血管的通透性、促進白細胞聚焦和粘著,以及趨化作用。此外還具有影響全身血液動力學的功能。嗜鹼性粒細胞、中性粒細胞、單核細胞和內皮細胞均能釋放PAFPAF一方面可直接作用於靶細胞,還可刺激細胞合成其他炎症介質,特別是PG和白細胞三烯的合成。

 

6)其他炎症介質:

 P物質可直接和間接刺激肥大胞脫顆粒而引起血管擴張和通透性增加。內皮細胞、巨噬細胞和其他細胞所產生的一氧化氮可引起血管擴張和具細胞毒性。

 

2.體液中產生的炎症介質:

血漿中有三種相互關聯的系統,即激肽、補體和凝血系統;為重要的炎症介質。

 

1)激肽系統:

 激肽系統的啟動最終產生緩激肽(bradykinin),後者可引起細動脈擴張、內皮細胞收縮、細靜脈通透性增加,以及血管以外的平滑肌收縮。緩激肽很快被血漿和組織內的激肽酶滅活,其作用主要局限在血管通透性增加的早期。

 

2)補體系統:

 補體系統由一系列蛋白質組成,補體的啟動有兩種途徑經典和替代途徑。

 

 在急性炎症的複雜環境中,下列因素可啟動補體:

病原微生物的抗原成分與抗體結合通過經典途徑啟動補體,而革蘭氏陰性細菌的內毒素則通過替代途徑啟動補體。此外,某些細菌所產生的酶也能啟動C3C5

壞死組織釋放的酶能啟動C3C5

激肽、纖維蛋白形成和降解系統的啟動及其產物也能啟動補體。

 

補體可從以下三個方面影響急性炎症:

C3aC5a(又稱過敏毒素)增加血管的通透性,引起血管擴張,都是通過引起肥大細胞和單核細胞進一步釋放炎症介質;C5a還能啟動花生四烯酸代謝的脂質加氧酶途徑,使中性粒細胞和單核細胞進一步釋放炎症介質;

C5a引起中性粒細胞粘著于血管內皮細胞,並且是中性粒細胞和單核細胞的趨化因數;

C3b結合于細菌細胞壁時具有調理素作用,可繒強中性粒細胞和單核細胞的吞噬活性,因為在這些吞噬細胞表面有C3b的受體。

 

 C3C5是最重要的炎症介質。除了前述的啟動途徑外,C3C5還能被存在於炎症滲出物中的蛋白水解酶啟動,包括纖維蛋白溶酶和溶酶體酶。因此而形成中性粒細胞遊出的不休止的環路,即補體對中性粒細胞有趨化作用,中性粒細胞釋放的溶酶體又能啟動補體。

 

3)凝血系統:

 因數啟動不僅能啟動激肽系統,而且同時還能啟動血液凝固和纖維蛋白溶解兩個系統。凝血酶在使纖維蛋白原轉化為纖維蛋白的過程中釋放纖維蛋白多肽,後者可使血管通透性升高,又是白細胞的趨化因數。

 


 

 

58 激肽、凝血、纖維蛋白溶解及補體的相互作用

 

 纖維蛋白溶解系統可通過激肽系統引起炎症的血管變化。由內皮細胞、白細胞和其他組織產生的纖維蛋白溶酶原啟動因數,能使纖維蛋白溶酶原轉變成纖維蛋白溶酶,後者通過如下三種反應影響炎症的進程:

通啟動第因數啟動緩激肽的生成過程;

裂解C3產生C3片斷;

降解纖維蛋白產生其裂解產物,進而使血管通透性增加。

 

炎症介質的作用有兩點值得注意。

第一,不同介質系統相互之間有著密切的聯繫,例如圖58所示的補體、激肽及凝血系統和纖維蛋白溶解系統的啟動和其產物的密切關係,便是例證。這些炎症介質的作用也是交織在一起的。

 

第二,幾乎所有介質均處於靈敏的調控和平衡體系中。一方面在細胞內處於嚴密隔離狀態的介質,或在血漿和組織內處於前體狀態的介質,都必須經過許多步驟才能被啟動,在其轉化過程中,限速機制控制著產生介質的生化反應的速度。另一方面,介質一旦被啟動和被釋放,將迅速被滅活或破壞。機體就是通過這種調控體系使體內介質處於動態平衡。

 

主要炎症介質的的作用小結於表51

51 主要炎症介質的作用

功 能

炎症介質種類

血管擴張

組胺、緩激肽、PGI2PGE2PGD2PGF2α

血管通透性升高

組胺、緩激肽、C3aC5a白細胞三烯C4D4E4PAF、活性氧代謝產物

趨化作用

白細胞三烯B4C5a、細菌產物、中性粒細胞陽離子蛋白細胞因數(IL8TNF

發熱

細胞因數(IL1TNF

疼痛

PGE2、緩激肽

組織損傷

氧自由基、溶酶體酶

 

五、急性炎症的類型

 由於致炎因數的不同、組織反應輕重程度的不同和炎症的發生部位不同,急性炎症的病理形態也不同。根據滲出物的主要成分,急性炎症分為漿液性炎、纖維素性炎、化膿性炎和出血性炎。

 

1.漿液性炎症:

 漿液性炎(serous inflammation)以血清滲出為其特徵,滲出的主要成分為漿液,其中混有少量白細胞和纖維素。漿液內含有3%~5%的蛋白質,主要是白蛋白。漿液性炎常發生於疏鬆結締組織、漿膜和粘膜等處。漿液性滲出物彌漫地浸潤於組織內,局部出現明顯的炎性水腫,如毒蛇咬傷、皮膚二度燒傷時滲出液蓄積於表皮內,形成水皰。體腔的漿液性炎造成炎性積液,漿液不僅來自血管滲出,而且也來自間皮細胞的分泌增加,如結核性胸膜炎、風濕性關節炎等。粘膜的漿液性炎又稱漿液性卡他,如見於感冒初期的鼻炎。卡他(catarrh)一詞來自希臘語,是向下滴流的意思。一般用於粘膜的滲出性炎症,形容滲出液較多,沿粘膜表面向外排出。漿膜或粘膜漿液性炎時,間皮或上皮細胞可發生變性、壞死和脫落。

 

 漿液性炎一般較輕,易於消退。但有時因漿液滲出過多可導致嚴重後果,如胸腔和心包腔內有大量漿液時,可影響呼吸和心功能。

 

2.纖維素性炎症:

 纖維素性炎症(fibrinous inflammation)時以纖維蛋白原滲出並在炎症灶內形成纖維素為主。光鏡下,蘇木素伊紅染色可見大量紅染的纖維素交織呈網狀,間隙中有中性粒細胞及壞死細胞的碎屑。大片纖維素在鏡下表現為片狀、紅染、質地均勻的物質。纖維蛋白原的大量滲出,說明血管壁損傷較重,多由於某些細菌毒素(如白喉桿菌、痢疾桿菌和肺炎雙球菌的毒素)或各種內源性或外源性毒物質(如尿毒癥時的尿素和汞中毒)所引起。病變常發生於粘膜、漿膜和肺。在粘膜的纖維素性炎(如白喉、細菌性痢疾),纖維素、白細胞和壞死的粘膜上皮常混合在一起,形成灰白色的膜狀物,稱為假膜。因此,粘膜的纖維素性炎又稱為假膜性炎(圖59,圖510)。由於局部組織結構的特點不同,有的假膜牢固附著於粘膜面不易脫落(如咽白喉),有的假膜卻與粘膜損傷部聯繫鬆散,容易脫落(如氣管白喉),脫落的假膜可堵塞支氣管而引起窒息。漿膜的纖維素性炎常見於胸膜腔和心包腔,如肺炎雙球菌引起的纖維素性胸膜炎及風濕性心包炎。在心包的纖維素性炎時,由於心臟的搏動,使心外膜上的纖維素形成無數絨毛狀物,覆蓋於心表面,因而又有「絨毛心」之稱。此外,大葉性肺炎的紅色和灰色肝樣變期均有大量纖維蛋白原滲出。

 

59 白喉 咽喉及氣管和支氣管粘膜表面有假膜覆蓋

 

 

510 纖維素性胸膜炎

胸膜表面覆蓋大量纖維素性滲出物

 

 少量的纖維素可以被中性粒細胞釋放的溶蛋白酶溶解吸收。但是,正常血清和組織中含有一定量的抗胰蛋白酶,這就在一定程度上對抗中性粒細胞溶蛋白酶的作用。因此,如果纖維素較多,加之中性粒細胞所釋出的溶蛋白酶較少或組織內抗胰蛋白酶較多時,纖維素不可能被完全溶解吸收,結果發生機化(organization),引起漿膜增厚和粘連,甚至漿膜腔閉鎖,嚴重影響器官功能。

 

3.化膿性炎症:

 化膿性炎症(suppurative or purulent inflammation)以中性粒細胞大量滲出,並伴有不同程度的組織壞死和膿液形成為特徵。多由葡萄球菌、鏈球菌、腦膜炎雙球菌、大腸桿菌等化膿菌引起,亦可因某些化學物質(如松節油)和機體壞死組織所致。臨床上常見的化膿性炎症有癤、癰、化膿性闌尾炎和化膿性腦膜炎等。膿性滲出物稱為膿液(pus),是一種混濁的凝乳狀液體,呈灰黃色或黃綠色。由葡萄球菌引起的膿液,其質濃稠,而由鏈球菌引起的膿液,則較稀薄。膿液中的中性粒細胞除少數仍可保持其吞噬能力外,大多數已發生變性和壞死,即變為膿細胞。膿液中除膿細胞外,還含有細菌、被溶解的壞死組織碎屑和少量漿液。根據化膿性炎症發生的原因和部位的不同,可將其分為下列三類。

 

1)表面化膿和積膿:

 表面化膿是指漿膜或粘膜組織的化膿性炎。粘膜化膿性炎又稱膿性卡他。此時,中性粒細胞主要向粘膜表面滲出,深部組織沒有明顯的炎性細胞浸潤,如化膿性尿道炎或化膿性支氣管炎,滲出的膿液可通過尿道、氣管而排出體外。當這種病變發生在漿膜或膽囊、輸卵管的粘膜時,膿液則在漿膜腔或膽囊、輸卵管腔內蓄積,稱為積膿(empyema)。

 

2)蜂窩織炎(phlegmonous inflammation):

 疏鬆組織中彌慢性化膿稱為蜂窩織炎,常見於皮膚、肌肉和闌尾(圖511)。蜂窩織炎主要由溶血性鏈球菌引起。鏈球菌能分泌透明質酸酶,降解結締組織基質的透明質酸;分泌鏈激酶,溶解纖維素。因此,細菌易於通過組織間隙和淋巴管蔓延擴散造成彌漫性浸潤。

 

3)膿腫(abscess):

 為局限性化膿性炎症,主要特徵為組織發生壞死溶解,形成充滿膿液的腔,稱為膿腫(圖512,圖513)。可發生在皮下或內臟,常由金黃色葡萄球菌引起。這些細菌能產生毒素使局部組織壞死,繼而大量中性粒細胞浸潤,以後粒細胞崩解釋出酶將壞死組織液化,形成含有膿液的空腔。金黃色葡萄球菌還產生血漿凝固酶,能使滲出的纖維蛋白原轉變為纖維素,因而病變比較局限。最近發現,金黃色葡萄球菌有層粘連蛋白受體,因而容易通過血管壁並引起轉移性膿腫。小膿腫可以吸收消散,較大膿腫則由於膿液過多,吸收困難,需要切開排膿或穿刺抽膿,而後由肉芽組織修復,形成瘢痕。

 

 癤是毛囊、皮脂腺及其附近組織所發生的膿腫。癤中心部分液化、變軟後,膿腫就可以穿破。

 

 癰是多個癤的融集,在皮下脂肪、筋膜組織中形成的許多互相溝通的膿腫,必須及時切開引流排膿後,局部才能修復癒合。在皮膚或粘膜的化膿性炎時,由於皮膚或粘膜壞死、崩解脫落,可形成局部缺陷,即潰瘍(ulcer)。

 

深部膿腫如向體表或自然管道穿破,可形成竇道(sinus)或瘺管(fistula)。竇道是指只有一個開口的病理性盲管,瘺管是指連接於體外與有腔器官之間或兩個有腔器官之間的、有兩個以上開口的病理性管道。例如肛門周圍組織的膿腫,可向皮膚穿破,形成膿性竇道,也可既向皮膚穿破,又向肛管穿破,形成膿性瘺管。膿性竇道或膿性瘺管不斷排出膿性滲出物,長期不愈。

 

4.出血性炎症:

 出血性炎(hemorrhagic inflammation)不是一種獨立的炎症類型,只是當炎症灶內的血管壁損傷較重時,滲出物中才有大量紅細胞,形成出血性炎症。常見於流行性出血熱,鉤端螺旋體病或鼠疫等。

 

 上述各種類型的炎症可單獨發生,在有些炎症過程中兩種不同類型可以並存,如漿液纖維素性炎或纖維素性化膿性炎等。此外,在炎症發展過程中,一種類型炎症可轉變為另一種類型,如從漿液性炎開始,可進一步發展成為纖維素性或化膿性炎。

 

 

511 蜂窩織炎性闌尾炎

膿性滲出物彌漫浸潤於闌尾的粘膜、粘膜下層、肌層及漿膜層

 

 

512 腦膿腫

腦實質中有一大膿腔,腔內充滿凝乳狀膿汁

 

 

513 腦膿腫

膿腫內腦組織完全壞死、液化,並有大量膿球聚焦

 

六、急性炎症的結局

在炎症過程中,如滲出和增生等抗損傷過程佔優勢,則炎症逐漸向痊癒方向發展;相反,如損傷性變化佔優勢,則炎症逐漸加重並可向全身擴散;若損傷和抗損傷變化暫時難分「勝負」,則炎症轉變為慢性。

 

(一)痊癒:

 大多數炎症病變能夠痊癒。

1.完全痊癒在炎症過程中,清除病因,溶解吸收少量的壞死物和滲出物,通過周圍健康細胞的再生達到修復,最後完全恢復組織原來的結構和功能。

 

2.不完全痊癒如炎症灶的壞死範圍較廣,則由肉芽組織修復,留下瘢痕,不能完全恢復組織原有的結構和功能。

 

(二)遷延不癒,轉為慢性:

致炎因數不能在短期內清除、或在機體內持續存在,而且還不斷損傷組織,造成炎症過程遷延不癒,急性炎症轉化為慢性炎症,病情時輕時重。

 

(三)蔓延擴散:

 在病人的抵抗力低下,或病原微生物毒力強、數量多的情況下,病原微生物可不斷繁殖並直接沿組織間隙向周圍組織、器官蔓延,或向全身擴散。

 

1.局部蔓延炎症:

 局部的病原微生物可經組織間隙或器官的自然通道向周圍組織和器官擴散,如腎結核可沿泌尿道下行播散,引起輸尿管和膀胱結核。

 

2.淋巴道擴散急性炎症:

 從血管滲出的含蛋白液體可通過淋巴液回流入血,藉此可減輕或延緩水腫的發生。但在嚴重損傷的情況下,病原微生物可隨淋巴液擴散,引起繼發性淋巴管炎及所屬淋巴結炎,例如足部感染時,下肢因淋巴管炎可出現紅線,腹股溝淋巴結炎表現為局部腫大,並引起疼痛。淋巴道的這些變化有時可限制感染的擴散,但感染嚴重時,病原體可通過淋巴入血,引起血道擴散。

 

3.血道擴散炎症灶的病原微生物或某些毒性產物可侵入血循環或被吸收入血,引起菌血症、毒血症、敗血症和膿毒性敗血症等。

 

1)菌血症(bacteremia):

 細菌由局部病灶入血,但全身並無中毒症狀,從血液中可查到細菌,稱為菌血症。一些炎症性疾病的早期都有菌血症,如大葉性肺炎等。在菌血症階段,肝、脾、骨髓的吞噬細胞可組成一道防線,以清除病原體。

 

2)毒血症(toxemia):

 細菌的毒素或毒性產物被吸收入血,為毒血症。臨床上出現高熱、寒戰等中毒症狀,同時伴有心、肝、腎等實質細胞的變性或壞死。嚴重時甚至出現中毒性休克。

 

3)敗血症(septicemia):

 毒力強的細菌進入血中不僅未被清除而且還大量繁殖,並產生毒素,引起全身中毒症狀和病理變化,稱為敗血症。患者除有嚴重的毒血症臨床表現外,還常出現皮膚、粘膜的多發性出血班點和脾及全身淋巴結腫大等。此時血液中常可培養出致病菌。

 

4)膿毒敗血症(pyemia):

化膿菌可引起的敗血症可進一步發展為膿毒敗血症。此時除有敗血症的表現外,同時還在一些器官(如肺、腎、肝等)形成多個膿腫。這些膿腫通常較小、較均勻散佈在器官中。鏡下,膿腫的中央及尚存的毛細血管或小血管中常見到細菌菌落,說明膿腫是由栓塞於器官毛細血管的化膿菌所引起,故稱之為栓塞性膿腫(embolicabscess)或轉移性膿腫(metastatic abscess)。

 

 

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