Актуальность

Хронические постинтубационные рубцовые стенозы гортани и трахеи представляют собой приобретенные сужения дыхательных путей вследствие длительной интубации или трахеостомии с последующим развитием дыхательной недостаточности. Несмотря на значительные успехи, достигнутые за последние десятилетия в области хирургии рубцовых стенозов гортани и шейного отдела трахеи, данная проблема остается актуальной, особенно среди лиц молодого и трудоспособного возраста [1].

Показатели заболеваемости хроническими рубцовыми стенозами гортани и трахеи после ларинготрахеальной интубации и трахеостомии составляют от 6% до 21% и от 0,6% до 21% соответственно [2]. Кроме того, у пациентов с хроническими рубцовыми ларинготрахеальными стенозами часто отмечается поздняя обращаемость за медицинской помощью, что связано с проявлением клинических симптомов заболевания при развитии стеноза менее 30% от нормального диаметра поперечного сечения дыхательных путей [3]. При таком сечении, как правило, увеличивается секреция желез дыхательных путей, развиваются эвакуаторные нарушения и отек слизистой оболочки, что в конечном итоге приводит к острой обструкции дыхательных путей [4], поэтому у пациентов с постинтубационными стенозами гортани и трахеи имеется риск смертельных осложнений как на догоспитальном этапе, так и в момент хирургического лечения [5].

Результаты отечественных и зарубежных исследований возникновения и развития хронических постинтубационных рубцовых стенозов гортани и трахеи свидетельствуют о том, что ларинготрахеальные рубцы являются фибропролиферативным заболеванием, которое обусловлено аберрантным заживлением раны после повреждающего воздействия на ткани гортани и трахеи [6—8]. Знание патогенетических особенностей восстановления ткани при постинтубационных ларинготрахеальных рубцовых стенозах служит ключевым условием повышения эффективности диагностики, индивидуального прогнозирования клинического течения и проведения адекватных лечебно-профилактических мероприятий данных заболеваний. Именно поэтому нам представляется целесообразным на основании анализа данных литературы изучить роль различных этиопатогенетических факторов, ассоциированных с патологическим заживлением раны при хронических постинтубационных рубцовых стенозах гортани и трахеи.

Механизм развития хронического постинтубационного рубцового стеноза гортани и трахеи

Сложное анатомическое строение, индивидуальные особенности поперечного и продольного сечения и кровоснабжения верхних дыхательных путей и гортанно-трахеального угла обусловливают высокую частоту повреждений гортани и шейного отдела трахеи при выполнении интубации и трахеостомии. Наиболее частым этиологическим фактором возникновения рубцового ларинготрахеального стеноза является повреждение слизистой оболочки вследствие давления, оказываемого манжетой интубационной трубки. При давлении манжеты более 30 мм рт.ст. происходит повышение перфузионного давления и нарушение микроциркуляции в ткани, что приводит к развитию ишемии и аноксии, эрозированию слизистой оболочки гортани и трахеи, фиброзу окружающих тканей и дальнейшему прогрессированию ларинготрахеального стеноза [9, 10].

Ишемическая травма может произойти в течение нескольких минут после инсуффляции манжеты, а появление фиброзных изменений — уже в последующие 3—6 нед. Нарушение микроциркуляции слизистой оболочки гортани и трахеи также может произойти в результате шока различного генеза, инфекции, недостаточного ухода за интубационной трубкой, а также при технических ошибках выполнения трахеостомии [8, 11]. К факторам риска развития постинтубационных рубцовых ларинготрахеальных стенозов также относят возраст пациента старше 40 лет, женский пол, гипертермию тела, курение, артериальную гипертензию, ожирение, сахарный диабет 2-го типа, гастроэзофагеальную рефлюксную болезнь, а также прием гормональных и иммуносупрессивных препаратов [12]. Согласно результатам клинических наблюдений, у пациентов с одинаковыми условиями выполнения интубации имеются выраженные различия в частоте развития, характере клинического течения и выборе адекватной лечебной тактики хронического постинтубационного рубцового ларинготрахеального стеноза [13]. Это может быть обусловлено генетическими различиями процессов регенерации и скорости развития рубцовой ткани, а также влиянием индивидуально-средовых особенностей каждого конкретного пациента на развитие постинтубационного стеноза гортани и трахеи.

Патофизиология раневого заживления при хронических постинтубационных рубцовых ларинготрахеальных стенозах

Заживление раны при хронических постинтубационных рубцовых стенозах гортани и трахеи является сложным динамичным процессом, опосредованным широким спектром скоординированных клеточных реакций и зависящим от многих местных и системных факторов [14]. Последовательность нормального заживления раны классически делится на 4 этапа: коагуляция, воспаление, миграция-пролиферация (включая перестройку внеклеточного матрикса) и созревание [15], тогда как при рубцовом ларинготрахеальном стенозе механизмы заживления на клеточном и субклеточном уровнях характеризуются одновременным наличием перекрывающихся процессов хронического воспаления, избыточного накопления соединительной ткани и формирования рубца [14]. При этом наиболее патогенетически значимыми факторами заживления, репарации и рубцевания при постинтубационных ларинготрахеальных стенозах, по мнению большинства исследователей [16—20], являются трансформирующий ростовой фактор β1 (англ. Transforming growth factor β1 — TGF-β1), сосудистый эндотелиальный фактор роста A (англ. Vascular endothelial growth factor A — VEGF-A), коллагены I и III типов и матриксные металлопротеиназы (англ. Matrix Metalloproteinases — MMPs) MMP-1, MMP-9. Это, в свою очередь, создает предпосылки для использования данных маркеров в клинической и хирургической практике для оценки эффективности диагностических, лечебно-профилактических и реабилитационных мероприятий, а также прогнозирования клинического течения хронических постинтубационных рубцовых стенозов гортани и трахеи.

Трансформирующий ростовой фактор β1 относится к суперсемейству плюрипотентных цитокинов, модифицирующих рост и дифференцировку различных типов клеток. Основными источниками синтеза TGF-β1 являются макрофаги, фибробласты, кератиноциты и тромбоциты. TGF-β1 служит главным индуктором миофибробластов, а также митогеном незрелых фибробластов при различных фиброзных заболеваниях, включая постинтубационные рубцовые стенозы гортани и трахеи [16].

Высвобождение TGF-β1 на ранней стадии заживления ткани способствует привлечению воспалительных клеток в место повреждения, которые позже включаются в отрицательную обратную связь через высвобождение супероксида из макрофагов. На этой промежуточной стадии постепенно формируется грануляционная ткань и экспрессируются основные компоненты внеклеточного матрикса. Установлено, что TGF-β1 улучшает ангиогенные свойства эндотелиальных клеток-предшественников в поврежденном участке ткани и стимулирует сокращение фибробластов, обеспечивая закрытия раны [21, 22]. Показано, что TGF-β1 является ключевым коллаген-стимулирующим фактором в фибробластах и стимулятором миграции кератиноцитов посредством регуляции интегринов, а также ингибитором экспрессии матриксных металлопротеиназ, что способствует накоплению коллагеновых волокон [23].

В зависимости от стадии раневого процесса и типа ткани содержание TGF-β1 имеет значимые различия. Например, на мышиной модели кожной раны было показано, что фибробласты, проникающие в поврежденный участок ткани, продуцируют намного больше TGF-β1 на 7-й день по сравнению с 1-м днем после травмирующего воздействия на кожу [24]. Китайскими исследователями было продемонстрировано, что у пациентов с постинтубационными рубцовыми ларинготрахеальными стенозами наибольшее содержание TGF-β1 в биопсийном материале трахеи отмечалось в фазах образования грануляций и пролиферации по сравнению со зрелой фазой, при этом пиковые показатели концентрации белка отмечались в пролиферативной фазе [10].

Результаты молекулярно-генетических исследований показали, что самым значимым при развитии хронических постинтубационных рубцовых стенозов гортани и трахеи считается полиморфизм промоторной части гена TGF-β1, в результате которого происходит замена нуклеотида цитозина на тимин в 509 положении белка — С509Т (rs1800469) [17, 25]. Носительство аллелей полиморфизма С509Т определяет количество образуемого белка, а именно: гомозиготное носительство аллеля Т сопряжено с двукратным увеличением количества белка TGF-β1, тогда как аллеля С — со сниженной продукцией TGF-β1 [26].

Сосудистый эндотелиальный фактор роста A (VEGF-А) представляет собой гетеродимерный гепаринсвязывающий белок, принадлежит к семейству факторов роста эндотелия сосудов (VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D, PLGF), продуцируется многими типами клеток, которые участвуют в заживлении ран, включая эндотелиальные клетки, фибробласты, клетки гладких мышц, тромбоциты, нейтрофилы и макрофаги [27].

Установлено, что VEGF-А является сильным позитивным регулятором ангиогенеза и стимулирует функции эндотелиальных клеток, необходимых для образования новых сосудов, включая пролиферацию, миграцию, дифференцировку и выживание [28]. Значимость VEGF-А как ключевого медиатора неоваскуляризации подчеркивается результатами исследований, демонстрирующими, что потеря даже одной копии гена VEGF-А приводит к эмбриональной летальности на ранних стадиях развития [27].

Метаболические нарушения раневой среды влияют на регуляцию VEGF-А. Установлено, что градиент экспрессии VEGF-А параллелен гипоксическому градиенту, что, в свою очередь, определяет миграцию эндотелиальных клеток в направлении наиболее гипоксических областей. Показано, что гипоксический градиент ткани является обязательным фактором ангиогенеза, связанным с заживлением ран, удаление которого ингибирует рост капилляров [29].

Временная последовательность экспрессии VEGF-А дает представление о прогрессировании раневого заживления, в том числе при рубцовых стенозах гортани и трахеи. На мышиной модели раневого заживления было установлено, что содержание белка VEGF-А начинает увеличиваться в поврежденной ткани уже через 1 день после травмы, достигая пиковых значений во время фазы пролиферации (через 3—7 дней), когда рост и дифференцировка капилляров находятся на максимальном уровне [29]. Показано, что у детей, перенесших интубацию трахеи, VEGF-A сильно экспрессируется в гиперпластическом эпителии грануляционной ткани, лежащей в основе развития стеноза дыхательных путей [18].

После того как рана гранулирует, ангиогенез прекращается и эндотелиальные клетки подвергаются апоптозу, что, в свою очередь, способствует переходу от гиперклеточной грануляционной ткани к образованию гипоцеллюлярного рубца (между 7-м и 14-м днями после возникновения раны) [30]. Результаты исследований A. Dodge-Khatami и соавт. [31] продемонстировали, что местное применение VEGF-A при трансплантации трахеи стимулирует ангиогенез и улучшает заживление тканей, но способствует образованию рубцов и стенозированию трахеи. При этом VEGF-А может увеличивать образование рубцовой ткани как косвенно, за счет способности стимулировать ангиогенез и увеличивать количество воспалительных клеток в поврежденном участке ткани, так и посредством прямого влияния на поведение фибробластов.

Коллаген представляет собой основной структурный компонент внеклеточного матрикса и соединительной ткани [32]. Он синтезируется клетками соединительной ткани (фибробластами, хондробластами, остеобластами), эпителиоцитами и эндотелиоцитами и представлен большой группой очень стабильных трехспиральных белковых молекул. В настоящее время известно 19 типов коллагена, отличающихся друг от друга первичной структурой пептидных цепей, функциями и локализацией в организме [33].

Коллагены выполняют широкий спектр функций, включая клеточную адгезию, миграцию клеток, морфогенез и репарацию тканей. Образуя разветвленную сеть сшитых длинноцепочечных волокон, коллагены придают прочность и эластичность здоровой коже и рубцовой ткани. Фибриллярные коллагены (I и III типов) характеризуются устойчивостью к протеазам (пепсин, трипсин или химотрипсин) и могут разрушаться только специфическими коллагеназами (ММР-1, ММР-8 и ММР-13) [32].

Установлены два доминирующих варианта коллагена при заживлении ран: это коллаген I и III типов. Показано, что в нормальной коже коллагеновые фибриллы состоят из коллагена I и III типов в соотношении 4:1 [34]. На ранних стадиях формирования грануляционной ткани миофибробласты откладывают коллаген III типа, который определяет диаметр фибрилл коллагена I типа. Экспрессия коллагена III типа увеличивается больше, чем экспрессия коллагена I типа, на ранних стадиях заживления, что приводит к увеличению соотношения между двумя типами коллагена до 1:1 [35]. Во время созревания рубца соотношение снова уменьшается до нормального уровня. Таким образом, увеличение количества коллагена III относительно коллагена I приводит к образованию незрелого рубца. Китайскими исследователями было показано, что у пациентов с постинтубационным трахеальным стенозом содержание коллагена I и III типов заметно увеличивалось в пролиферативной фазе по сравнению с фазой грануляции, тогда как снижение количества отмечалось в зрелой фазе [10].

Знание клинико-патогенетических особенностей коллагена при заживлении ран позволяет использовать его как основную «мишень» для лечения и профилактики рубцовых стенозов гортани и трахеи. В частности, показано, что местное применение гиалуроновой кислоты и коллаген-поливинилпирролидона (CPVP) при проведении трахеопластики у собак позволяет уменьшить образование коллагеновых волокон и предотвратить рубцевание и стенозирование трахеи [19].

Матриксные металлопротеиназы (MMPs) представляют собой группу кальцийзависимых цинксодержащих ферментов, участвующих в деградации внеклеточного матрикса. ММРs можно разделить на несколько групп в зависимости от предпочтения субстрата и организации домена: коллагеназы (ММР-1, ММР-8, ММР-13 и ММР-18), желатиназы (ММР-2 и ММР-9), стромиелизины (ММР-3, ММР-10 и ММР-11), матрилизины (ММР-7 и ММР-26), мембраносвязанные ММРs (ММР-14, ММР-15, ММР-16, ММР-17) и другие MMPs [36].

Активность ММРs строго регулируется как на транскрипционном, так и на посттранскрипционном уровне [37]. Некоторые типы клеток, такие как кератиноциты, фибробласты, эндотелиальные и воспалительные клетки, могут контролировать активность ММРs путем регуляции экспрессии генов в ответ на действие цитокинов, факторов роста, онкогенов и контакт с другими типами клеток и внеклеточным матриксом. Первоначально ММРs синтезируются в виде неактивных зимогенов и требуют активации сериновыми протеазами (плазминоген, фурин или другие ММРs). Активные MMPs контролируются семейством тканевых ингибиторов металлопротеиназ (англ. Tissue inhibitors of metalloproteinases — TIMPs), состоящим из четырех секретируемых белков, которые обратимо ингибируют активность MMPs [38].

Уровень содержания MMPs в неизмененной ткани является очень низким, тогда как при повреждении их экспрессия и активность значительно возрастают. Показано, что при хронических незаживающих ранах происходит увеличение содержания и активности MMP-1, MMP-8, MMP-2 и MMP-9 и уменьшение TIMPs [39]. Если происходит нарушение строго контролируемого равновесия активности и ингибирования ММРs, рана переходит в состояние повышенной деградации внеклеточного матрикса, изменения профиля цитокинов и снижения содержания факторов роста, что приводит к отсроченному или отсутствующему закрытию раны. Результаты исследований заживления кожной раны продемонстрировали, что пик экспрессии ММР-1 наблюдается на 1-й день после ранения в мигрирующих базальных кератиноцитах на краю раны с последующим снижением до полной реэпителизации [40]. Снижение регуляции MMP-1, скорее всего, служит важным фактором для ремоделирования нормальной ткани, поскольку в хронических незаживающих ранах отмечается высокий уровень MMP-1, что также характерно для рубцовых стенозов гортани и трахеи.

Результаты молекулярно-генетических исследований M.M. Anis и соавт. [17], показали, что нуклеотидный полиморфизм -1607 1G/2G промоторной части гена ММР-1 (rs1799750) ассоциирован с развитием постинтубационного рубцового ларинготрахеального стеноза. Кроме того, исследователями отмечено, что данный полиморфизм усиливает индуцибельную экспрессию ММР-1 при внешнем воздействии на ткань, что может имитировать механическую травму верхних дыхательных путей при давлении эндотрахеальной и трахеостомической трубок.

Показано, что MMP-9 также принимает участие в процессах воспаления, ремоделирования тканей и репарации, мобилизации матрикс-связанных факторов роста во время раневого заживления. У мышей с нокаутом гена MMP-9 отмечалась задержка закрытия раны, что подчеркивает важность MMP-9 в заживлении ран [41]. При этом гипоксия, характерная для хронических ран, увеличивает миграцию кератиноцитов и активность ММР-9. Отмечено, что ММР-9 играет роль в регуляции ангиогенеза во время заживления ран посредством активации проангиогенных цитокинов, включая TNF-α и VEGF, и путем генерации антиангиогенных пептидов [42].

Известно, что в хронических ранах в больших концентрациях присутствует фибронектин — гликопротеин, который взаимодействует с цитокинами, компонентами внеклеточного матрикса и с интегринами различных типов клеток и играет важную роль в стабилизации фибринового сгустка, формировании грануляционной ткани и миграции клеток. Фибронектин, обнаруженный в хронических ранах, существенно отличается от фибронектина, присутствующего в острых ранах, так как он сильно фрагментирован и разрушен [43]. Было показано, что ММР-9 отвечает за ферментативное переваривание фибронектина в хронических ранах, полученные фрагменты которого участвуют в модуляции активности ММРs, а также миграции и пролиферации клеток, создавая тем самым состояние постоянного воспаления и разрушения тканей [44].

Таким образом, ММРs играют решающую роль на всех этапах раневого заживления, в том числе при постинтубационных рубцовых стенозах гортани и трахеи, и, как следствие, неконтролируемая активность этих ферментов является одной из основных причин нарушений заживления.

Заключение

К настоящему времени многочисленные результаты исследований этиологии и патогенеза хронических постинтубационных стенозов гортани и трахеи подтверждают гипотезу о том, что данные заболевания являются общей конечной точкой множественных патофизиологических процессов. Несмотря на сходство механизмов постинтубационного повреждения гортани и трахеи, у каждого пациента имеются существенные различия клинического течения, ответа на фармакотерапию и эффективности хирургического лечения. Это обусловливает потребность в расширении представлений о роли различных этиопатогенетических факторов, включая TGF-β1, VEGF-A, коллагенов и матриксных металлопротеиназ, ассоциированных с хроническими постинтубационными ларинготрахеальными стенозами. Результаты клинико-патогенетической, диагностической и прогностической значимости данных маркеров позволят повысить эффективность лечения больных хроническими рубцовыми стенозами гортани и трахеи, а также будут служить предпосылкой для разработки стратегий диагностических, лечебно-профилактических и реабилитационных мероприятий, которые повысят качество оказываемой медицинской помощи и качество жизни пациентов с хроническими рубцовыми стенозами гортани и трахеи.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.