Pathogenese der Tuberkulose

Die Entwicklung einer tuberkulösen Entzündung hängt von der Reaktivität des Organismus und dem Zustand seiner Abwehrkräfte, der Virulenz der Mykobakterien und der Dauer ihrer Persistenz in der Lunge ab. Die Wirkung verschiedener Faktoren des Infektionsprozesses kann die große Vielfalt der Gewebe- und Zellreaktionen der Atemwege erklären, bei denen spezifische Veränderungen mit unspezifischen kombiniert werden und auf die eine oder andere Weise die Manifestation und den Ausgang des Hauptprozesses beeinflussen.

Jedes Stadium stellt einen komplexen Satz struktureller Veränderungen in verschiedenen Körpersystemen und Atmungsorganen dar, begleitet von tiefgreifenden Veränderungen der Stoffwechselprozesse und der Intensität der Stoffwechselreaktionen im Atmungsbereich. Dies spiegelt sich im morphofunktionellen Zustand seiner zellulären und nichtzellulären Elemente wider. Von großer Bedeutung ist die Erforschung der frühesten Mechanismen der Entwicklung tuberkulöser Entzündungen, die in den letzten Jahren etabliert wurden.

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Mikrozirkulationsstörungen und Zustand der aerohämatischen Barriere

Innerhalb von 24 Stunden nach der intravenösen Verabreichung von Mycobacterium tuberculosis in die Lunge von Mäusen treten charakteristische Veränderungen im Mikrozirkulationsbett auf: Es ist eine Erweiterung der Profile des Gefäßkapillarnetzwerks und eine Schlammbildung der Erythrozyten mit parietaler Anordnung der polymorphonukleären Leukozyten zu beobachten. Eine elektronenmikroskopische Analyse der Endothelauskleidung der Lungenkapillaren zeigt eine Aktivierung der luminalen Zelloberfläche, Anzeichen einer Entwicklung eines intrazellulären Ödems mit Desorganisation der mikropinozytotischen Vesikel und deren Verschmelzung zu großen Vakuolen. Bereiche mit ödematösem, geklärtem Zytoplasma der Endotheliozyten bilden stellenweise segelförmige Vorsprünge, die sich in verschiedenen Mikrogefäßen in Menge und Größe unterscheiden. In einigen Fällen kommt es zu einer lokalen Abblätterung ihrer Zytoplasmafortsätze von der darunterliegenden Basalschicht sowie zu einer Lockerung und Verdickung der letzteren.

Unabhängig von der Methode der Einführung des Tuberkulose-Mykobakteriums wird in allen Modellversuchen in den ersten 3-5 Tagen eine Zunahme der Durchlässigkeit der aerohämatischen Barriere beobachtet, was durch die Ansammlung von Flüssigkeit im Interstitium und die Entwicklung eines intrazellulären Ödems nicht nur von Endotheliozyten, sondern auch von Alveolozyten des 1. Typs (A1) belegt wird. Die Veränderungen betreffen ihre zytoplasmatischen Prozesse, in denen Bereiche mit klarem, ödematösem Zytoplasma auftreten, die sich in den intraalveolären Raum ausdehnen können.

An Orten der Generalisierung von Mycobacterium tuberculosis und der Entwicklung von Lungenherden, der Bildung primärer granulomatöser Ansammlungen mononukleärer Zellen und polymorphonukleärer Leukozyten wird A1 mit stark verdickten, stellenweise zerstörten zytoplasmatischen Prozessen und Bereichen freiliegender Basalmembran bestimmt. Bei vielen Alveolozyten des 2. Typs (A2) kommt es zu einer Schwellung der apikalen Mikrovilli, einer ungleichmäßigen Ausdehnung der mitochondrialen Profile und des zytoplasmatischen Retikulums. Die Hyperhydratation des Alveolarepithels geht stellenweise mit der Freisetzung von Flüssigkeit, Plasmaproteinen und zellulären Entzündungselementen in den intraalveolären Raum einher.

Moderne Studien zur Mikrozirkulation haben die führende Rolle des Gefäßsystems bei der Entwicklung der Anfangsphasen einer Entzündung nachgewiesen. Durch Zytokine stimuliert, sondert das Endothel biologisch aktive Substanzen ab – Adhäsionsmoleküle (Selektine, Integrine), verschiedene Mediatoren (Arachidonsäuremetaboliten) und Wachstumsfaktoren, Sauerstoffradikale, Stickstoffmonoxid usw., die für die Interaktion zwischen dem Endothel und polymorphkernigen Leukozyten sowie zwischen anderen zellulären Entzündungselementen sorgen. Es wurde festgestellt, dass L-Selektin den sogenannten „Rolling Neutrophil“-Effekt vermittelt, das Anfangsstadium der Adhäsion dieser Zellen am Endothel. Ein anderer Selektintyp, P-Selektin, wird nach Einwirkung von Histamin oder Sauerstoffmetaboliten auf Endothelzellen an deren Oberfläche transloziert und erleichtert so die Adhäsion von Neutrophilen. E-Selektin lässt sich auch auf der Oberfläche von Zytokin-aktivierten Endothelzellen nachweisen; Es ist am Prozess der Interaktion zwischen dem Endothel postkapillärer Venolen und T-Lymphozyten beteiligt.

Von mono- und polynukleären Zellen sezernierte Zytokine bewirken eine strukturelle Umstrukturierung des Zytoskeletts von Endothelzellen, was zu deren Kontraktion und erhöhter Kapillardurchlässigkeit führt. Der Durchgang polymorphonukleärer Leukozyten durch die Gefäßwand kann wiederum mit deren Schädigung und erhöhter Durchlässigkeit für Flüssigkeit und Plasmaproteine einhergehen. Eine Veränderung der Zusammensetzung oder Aktivität von Adhäsionsmolekülen führt zu einer verstärkten Migration von Monozyten und Lymphozyten und sorgt so für die weitere Entwicklung der Entzündungsreaktion. Es entsteht in den Atmungsorganen als Reaktion auf die Einschleppung von Mycobacterium tuberculosis und befällt alle Strukturen der Atemwege.

Während der Bildung und Reifung tuberkulöser Granulome, d. h. im zweiten Entwicklungsstadium des spezifischen Prozesses, nehmen Störungen in der Struktur der interalveolären Septen zu. Ödeme, Zellproliferation und Fibrillogenese im Interstitium verändern den morphofunktionellen Zustand des respiratorischen Epithels, insbesondere in der Nähe der Entzündungsherde, signifikant. Störungen der Bedingungen des Mikromilieus und der Vitalaktivität der Alveolozyten wirken sich negativ auf den Funktionszustand der aerohämatischen Barriere und den Gasaustausch in der Lunge aus.

Neben den bereits beobachteten Veränderungen der interalveolären Septen in der Ödemzone fallen ausgeprägte destruktive Veränderungen des Alveolarepithels auf, die sich über einen erheblichen Teil davon erstrecken. Sie betreffen beide Arten von Alveolozyten und haben eine Richtung – die ödematöse Schwellung intrazellulärer Organellen, die zu Funktionsstörungen und anschließend zum Zelltod führt. Fragmente zerstörter Alveolozyten, einschließlich A2, können im intraalveolären Inhalt nachgewiesen werden. Hier befinden sich auch Makrophagenelemente, polymorphkernige Leukozyten sowie eine signifikante Anzahl von Erythrozyten und Eosinophilen, die die hohe Permeabilität des Kapillarnetzwerks widerspiegeln. Fibrinfäden und ihre Konglomerate werden unter den zerstörten Zellen bestimmt.

In den luftspeichernden Alveolen können auch Anzeichen von Ödemen des Gewebes und der Zellstrukturen der interalveolären Septen beobachtet werden. Darüber hinaus treten auf der Oberfläche des Alveolarepithels Blasenbildungsprozesse auf, die die Anfangsstadien der Zerstörung der aerohämatischen Barriere und der "Überflutung" der Alveolen widerspiegeln. Im Endstadium der Entwicklung einer tuberkulösen Entzündung kommt es zu einer fortschreitenden Zunahme dystrophischer und destruktiver Veränderungen in den Strukturkomponenten der terminalen Lungenabschnitte, insbesondere in Bereichen des Lungenparenchyms, die an käsig-nekrotische Herde oder Herde einer tuberkulösen Pneumonie grenzen. Mikrozirkulationsstörungen sind weit verbreitet.

Die transkapilläre Passage von Plasmaproteinen fördert den Eintritt zirkulierender Immunkomplexe (CIC) in das Interstitium der Lunge und fördert dort die Entwicklung sowohl immunologischer als auch sekundärer immunpathologischer Reaktionen. Die Rolle letzterer in der Pathogenese der Tuberkulose ist nachgewiesen. Sie wird durch intrapulmonale Ablagerung von CIC, einen Defekt im Phagozytensystem und ein Ungleichgewicht in der Produktion von Zytokinen, die die interzellulären Interaktionen regulieren, verursacht.

Die Fläche des luftgetragenen Lungenparenchyms ist auf 30 % der Schnittfläche reduziert, seine Bereiche wechseln sich mit Bereichen ausgeprägten intraalveolären Ödems, Distelektasen und Atelektasen sowie emphysematöser Erweiterung der Alveolen ab. Trotz des fortschreitenden Charakters der Entwicklung einer unbehandelten tuberkulösen Entzündung finden im herdfreien Lungenparenchym kompensatorische und restaurative Prozesse statt. Wie unsere Studien gezeigt haben, zielt die funktionelle Aktivität von A2 in der perifokalen Entzündungszone hauptsächlich darauf ab, die Integrität des Alveolarepithels aufrechtzuerhalten und die A1-Population wiederherzustellen, die am empfindlichsten auf die Einwirkung tuberkulöser Prozessfaktoren reagiert. Die Tatsache, dass A2 als zelluläre Quelle des respiratorischen Epithels an Regenerationsprozessen beteiligt ist, ist heute allgemein anerkannt. Eine deutliche Zunahme der proliferativen Aktivität von A2 in diesen Zonen wird durch den Nachweis von 6-10 jungen Alveolozyten in der Nähe angezeigt - „Wachstumsknospen“ mit einer gleichmäßig gut entwickelten Kernstruktur, einem signifikanten Gehalt an Mitochondrien und Polyribosomen im Zytoplasma sowie einer geringen Anzahl sekretorischer Granula. Manchmal sind in diesen Zellen mitotische Figuren zu sehen. Gleichzeitig sind Alveolozyten vom intermediären Typ, die die Umwandlung von A2 in A1 widerspiegeln, äußerst selten. Die Gasaustauschfunktion des Organs wird durch Alveolarhypertrophie, die Bildung von Wachstumspunkten und die Umwandlung von A2 in A1 in entfernten Bereichen des Lungenparenchyms aufrechterhalten. Auch hier werden ultrastrukturelle Anzeichen der aktiven sekretorischen Funktion von A2 beobachtet.

Diese Daten korrelieren mit den Ergebnissen der elektronenmikroskopischen Untersuchung des Alveolarepithels in chirurgischem Material. Bei Patienten mit Abheilung von Tuberkulose-Infektionsherden bilden sich adenomatöse Strukturen, die Alveolargängen ähneln. Die sie auskleidenden Zellen weisen eine A2-Ultrastruktur auf, wobei einzelne sekretorische Granula erhalten bleiben. Charakteristisch ist, dass die Umwandlung von A2 in A1 nicht stattfindet (Alveolozyten vom Intermediärtyp werden nicht nachgewiesen), was, wie einige Autoren anmerken, eine Klassifizierung dieser Strukturen als neu gebildete Alveolen nicht zulässt.

Die Prozesse der Wiederherstellung des respiratorischen Epithels und die Bildung von Übergangsalveolozyten werden nur im weiter entfernten Lungenparenchym beobachtet, wo knotige Wucherungen von Alveolozyten, die "Wachstumsknospen" entsprechen, festgestellt werden. Auch die Hauptfunktion des Gasaustauschs der Lunge wird hier wahrgenommen, die Zellen der aerohämatischen Barriere weisen eine gut entwickelte Ultrastruktur mit einer großen Anzahl mikropinozytischer Vesikel auf.

Die Untersuchung verschiedener Modelle tuberkulöser Entzündungen zeigte, dass die Entwicklung spezifischer Entzündungen in der Lunge nicht nur mit bestimmten destruktiven Veränderungen der Atemwege direkt in den Infektionsherden einhergeht, sondern das gesamte Lungenparenchym betrifft, wo Anzeichen einer beeinträchtigten Mikrozirkulation beobachtet werden. Eine erhöhte Durchlässigkeit der Gefäße der interalveolären Septen ist zu beobachten. Mit fortschreitendem Entzündungsprozess nehmen Ödeme zu, was sich auf den Zustand der Alveolozyten, insbesondere A1, auswirkt. Die Lumen vieler Alveolen sind teilweise oder vollständig mit Flüssigkeit und zellulären Entzündungselementen gefüllt. Hypoxie und faserige Veränderungen der interalveolären Septen beeinträchtigen die Gasaustauschfunktion der Luft- und Blutbarriere, führen zur Entwicklung von Atemversagen und zum Tod von Versuchstieren.

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Die Rolle der Lungenmakrophagen

Lungenmakrophagen sind Bestandteil des mononukleären Phagozytensystems, das im gesamten Körper vorkommt und aus pluripotenten Stammzellen des Knochenmarks stammt. Bei der Stammzellteilung entstehen Monozytenvorläufer – Monoblasten und Promonozyten. Monozyten zirkulieren im Blut und gelangen teilweise in das Interstitium der Lunge, wo sie einige Zeit inaktiv bleiben können. In Gegenwart von Differenzierungsinduktoren werden sie aktiviert und wandern an die Oberfläche des respiratorischen und bronchialen Epithels, wo sie mehrere Reifungsstadien durchlaufen und sich in Alveolar- bzw. Bronchialmakrophagen verwandeln. Die Hauptfunktion dieser Zellen – die Absorption – hängt mit ihrer Fähigkeit zusammen, Fremdmaterial zu phagozytieren. Als einer der Faktoren der natürlichen Widerstandskraft des Körpers schützen sie jene Lungenregionen, die als erste mit Mikroben und abiogenen Erregern in Kontakt kommen, d. h. sie erhalten die Sterilität der Epithelauskleidung der Lunge über ihre gesamte Länge. Der Großteil des Fremdmaterials sowie Fragmente zerstörter Zellelemente werden nach Konjugation der phagosomalen Vakuole des Makrophagen (Nekrophage, Hämosiderophage) mit Lysosomen, die proteolytische Enzyme enthalten, fast vollständig verdaut. Lungenmakrophagen zeichnen sich durch einen hohen Gehalt an saurer Phosphatase, unspezifischer Esterase, Cathepsinen, Phospholipase A2 und Enzymen des Krebs-Zyklus, insbesondere Succinatdehydrogenase, aus. Gleichzeitig ist bekannt, dass Erreger einer Reihe von Infektionskrankheiten, insbesondere M. tuberculosis, lange Zeit im Zytoplasma von Alveolarmakrophagen persistieren können, da sie hochresistente Zellwände besitzen, die der Wirkung lysosomaler Enzyme widerstehen. In Modellversuchen an unbehandelten Tieren kann trotz der ausgeprägten Aktivierung der sauren Phosphatase und anderer Hydrolasen eine gewisse proliferative Aktivität von Mycobacterium tuberculosis sowie die Bildung kleiner kolonieartiger Cluster durch den Erreger im Zytoplasma von Alveolarmakrophagen beobachtet werden.

Die geringe mikrobizide Aktivität von Lungenmakrophagen ist mit organspezifischen Eigenschaften von Phagozyten verbunden, da diese in einer Umgebung mit hohem Sauerstoffgehalt funktionieren. Energieprozesse in ihrem Zytoplasma werden hauptsächlich durch die oxidative Phosphorylierung von Lipoproteinen unterstützt, mit deren Katabolismus eine der Hauptfunktionen dieser Zellen, die Teil des pulmonalen Surfactant-Systems sind, verbunden ist. Energiegewinnung und Lokalisierung oxidativer Prozesse beeinflussen das mitochondriale System, dessen Entwicklung mit dem Funktionszustand des Phagozyten korreliert. Hier ist auch Superoxiddismutase lokalisiert - ein antioxidatives Schutzenzym, das die Dismutation von Singulett-Sauerstoff katalysiert, der während des Elektronendurchgangs entlang der Atmungskette entsteht. Dies unterscheidet Lungenmakrophagen grundsätzlich von polymorphkernigen Leukozyten, die Sauerstoff und Bioenergie hauptsächlich durch Glykolyse erhalten. Im letzteren Fall erfolgt die Spaltung des Substrats direkt im Zytosol, und aktivierter Sauerstoff und mit Hilfe der Myeloperoxidase gebildetes Wasserstoffperoxid stellen das wichtigste bakterizide Wirkungspotential auf Bakterien dar.

Die geringe Biozidität von Lungenmakrophagen kann als eine Art Preis für die Anpassung an aerobe Funktionsbedingungen angesehen werden. Offenbar bekämpfen sie daher Tuberkulose-Mykobakterien gemeinsam mit polymorphkernigen Leukozyten und Exsudatmonozyten (sie werden auch als Entzündungsmakrophagen bezeichnet). Pathogenetisch bedeutsam ist, dass nicht alle Lungenmakrophagen, die Tuberkulose-Mykobakterien eingefangen haben, mit dem Abdrift von Surfactant und Bronchialsekret aus der Lunge entfernt werden - einige von ihnen entwickeln sich im Interstitium, was die Bildung charakteristischer Zellhaufen - Granulome - auslöst.

Im blutgefäßreichen Interstitium beginnen Lungenmakrophagen mit unvollständiger Phagozytose, entzündliche Zytokine zu produzieren und aktivieren das angrenzende Endothel. Auf deren Membranen nimmt die Expression von Immunglobulinen zu, mit deren Hilfe eine selektive Adhäsion von Monozyten erfolgt. Nach dem Verlassen des Gefäßbetts verwandeln sich diese Zellen in Exsudatmakrophagen, die Entzündungsmediatoren produzieren und nicht nur mono-, sondern auch polynukleäre Zellen in den Fokus ziehen.

Gleichzeitig kommt das Signal für die Entwicklung einer granulomatösen Reaktion von sensibilisierten T-Lymphozyten – Effektoren der Überempfindlichkeit vom verzögerten Typ. Unter den Lymphokinen, die diese Zellen zu produzieren beginnen, sind der Faktor, der die Migration von Monozyten und IL-2 hemmt, für die Granulomatogenese von großer Bedeutung. Sie beschleunigen den Zustrom und fixieren Monozyten an der Infektionsstelle, regulieren ihre Umwandlung in phagozytische, sezernierende und Antigen-präsentierende Makrophagen.

Es sollte betont werden, dass die granulomatöse Reaktion der Lunge bei einer tuberkulösen Entzündung als Mechanismus des zellulären Schutzes der Atmungsorgane vor dem Eindringen des Erregers letztlich das Versagen mononukleärer Phagozyten bei der Bekämpfung von Tuberkulose-Mykobakterien widerspiegelt. Daher sind Makrophagen gezwungen, sich ständig zu vermehren (die Populationszahl zu erhöhen) und sich in größere Phagozyten zu differenzieren (die Qualität der Proteolyse zu verbessern), die Riesenzellen vom Fremdkörpertyp sind. In den Phagosomen der letzteren sind unter dem Elektronenmikroskop nicht nur Tuberkulose-Mykobakterien, sondern auch große apoptotische Zellen, Fragmente zerstörter polymorphonukleärer Leukozyten, zu sehen. Gleichzeitig unterscheiden sich die ultrastrukturellen Anzeichen der proteolytischen Aktivität (der Entwicklungsgrad des lysosomalen Apparates) in solchen Phagozyten pro Flächeneinheit des Zytoplasmas nicht signifikant von mononukleären. In diesem Zusammenhang ziehen Lungenmakrophagen ständig polymorphonukleäre Leukozyten mit stärkeren bioziden Eigenschaften zur Läsion. Die Aktivierung der letzteren geht mit der Freisetzung einer erheblichen Menge an Hydrolasen und Oxidationsmitteln in die extrazelluläre Umgebung einher, was zum Gewebeabbau und zur Bildung von käsigen Massen im Zentrum der Läsion führt.

Die ausgeprägtesten Stoffwechselstörungen werden bei Patienten mit akut fortschreitenden Formen der Lungentuberkulose beobachtet, die mit einer Dominanz exsudativer und alterativer Entzündungsreaktionen auftreten. Der Verlauf fortschreitender Formen der Lungentuberkulose ist in der Regel durch eine ausgeprägte T-Zell-Immundepression gekennzeichnet. Die Unterdrückung der T-Zell-Immunität und eine ausgeprägte Lymphopenie führen zu einer Störung der interzellulären Interaktionen und einer Hemmung der granulomatösen Reaktion.

Ein Mangel an aktivierten Monozyten und Lymphozyten, kombiniert mit ihrer morphofunktionellen Insuffizienz, kann eine Folge einer erhöhten Apoptose sein. Das in solchen Fällen auftretende Zytokin-Ungleichgewicht kann als Marker für einen Defekt im Immunsystem dienen. Der Prozess der Apoptose weist charakteristische morphologische Merkmale auf: Chromatinkondensation an der Kernmembran, Nukleoluszerfall, Bildung von Zellfragmenten (apoptotischen Körpern) und deren Phagozytose durch Makrophagen.

Die Besonderheiten der Funktionsweise von Lungenmakrophagen hängen mit ihrer Fähigkeit zusammen, nicht nur Phagozytose durchzuführen, sondern auch eine große Anzahl von Zytokinen zu produzieren, die für die Aktivierung und Regulierung vieler extrazellulärer Reaktionen und Prozesse im Fokus der Tuberkulose-Entzündung erforderlich sind. Mit ihrer Hilfe erfolgt die Selbstregulierung der Erneuerung und Differenzierung mononukleärer Zellen, interzelluläre Interaktionen werden unter den Bedingungen eines bestimmten Prozesses und einer Regeneration aufgebaut.

Der universelle Mediator interzellulärer Interaktionen ist IL-1, dessen Ziel Lymphozyten, polymorphkernige Leukozyten, Fibroblasten, Endotheliozyten und andere zelluläre Elemente sind. Gleichzeitig basiert die sekretorische Funktion von Lungenmakrophagen auf den Prinzipien der Selbstregulation, wobei dieselbe Zelle nicht nur Regulatoren extrazellulärer Prozesse, sondern auch Inhibitoren sezerniert, die deren Wirkung blockieren. Sekretorische Makrophagen unterscheiden sich in ihrer ultrastrukturellen Organisation deutlich von phagozytischen. Sie enthalten selten phagosomale Vakuolen und sekundäre Lysosomen, weisen aber einen entwickelten Vesikelapparat und andere ultrastrukturelle Sekretionsmerkmale auf. Sie werden besonders gut in Epitheloidzellen exprimiert, die hyperaktive sekretorische Makrophagen sind.

Bestimmte Differenzierungsstadien von Lungenmakrophagen lassen sich im Material der bronchoalveolären Lavage unter dem Licht- und insbesondere dem Elektronenmikroskop deutlich verfolgen. Abhängig von der strukturellen Organisation des Zellkerns und des Zytoplasmas werden unter ihnen junge, nicht aktivierte und biosynthetische Mononukleäre sowie reife, phagozytierende und sezernierende Makrophagen bestimmt. Junge, nicht aktivierte Zellen (15–18 µm Durchmesser) machen üblicherweise etwa 1/5 aller Makrophagenelemente aus. Sie haben einen runden Kern mit glatten Konturen: Das Zytoplasma ist schwach basophil und enthält keine Einschlüsse. Unter dem Elektronenmikroskop sind in diesen Zellen vereinzelte Profile des zytoplasmatischen Retikulums und der Mitochondrien, mehrere kleine lysosomähnliche Granula sowie freie Ribosomen sichtbar.

Aktivierte, biosynthetische Makrophagen sind größer (18–25 μm Durchmesser), der Zellkern zeichnet sich durch wellenförmige Konturen und einen ausgeprägten Nukleolus aus. Sie besitzen ein basophiles Zytoplasma, das entwickelte lange Kanäle des granulären Zytoplasmanetzwerks und zahlreiche Polysomen enthält. Elemente des Lamellenkomplexes werden gleichzeitig in zwei oder drei Zonen nachgewiesen, in denen sich primäre Lysosomen ansammeln. Sekundäre Lysosomen werden durch einzelne Einschlüsse repräsentiert; Phagosomen werden selten nachgewiesen, was die Bereitschaft der Zelle zur Phagozytose widerspiegelt.

Der Durchmesser reifer Lungenmakrophagen variiert stark (30–55 μm), abhängig von der Aktivität und funktionellen Ausrichtung der Zellen. Die größten Größen sind charakteristisch für Makrophagen mit strukturellen Anzeichen einer ausgeprägten Phagozytose. Die Oberfläche solcher Zellen bildet zahlreiche Mikrowucherungen und lange Pseudopodien. Der ovale oder runde Kern liegt oft azentrisch und hat wellenförmige Konturen. Eine signifikante Menge kondensierten Chromatins liegt in der Nähe der Kernmembran, der Nukleolus ist klein (1–1,2 μm). Einschlüsse, kurze Kanäle des granulären zytoplasmatischen Retikulums, Zisternen und Vakuolen des Lamellenkomplexes sowie freie Ribosomen werden im Zytoplasma bestimmt. Die Zellen enthalten eine signifikante Anzahl von Mitochondrien, primären (0,5–1 μm) und sekundären (1,2–2 μm) Lysosomen sowie phagosomalen Vakuolen, die in Größe und Anzahl variieren. Letztere enthalten Fragmente zerstörter Zellelemente und Tuberkulose-Mykobakterien („Nekrophagen“, „Hämosiderophagen“), lamellare Einschlüsse phospholipidischer Natur („Phospholipophagen“) und/oder Körnchen neutralen Fetts („Lipophagen“), Staubpartikel, Tabakharz, Kaolin („Koniophagen“, „Rauchermakrophagen“).

Bei Vorhandensein eines konstanten Phagozytoseobjekts treten mehrkernige Makrophagen (mehr als 70 µm Durchmesser) mit fünf oder mehr Kernen auf. Typische Fremdkörperzellen – das Endstadium der Differenzierung eines Makrophagen mit phagozytischer Funktion – werden in den Granulomen und im Granulationsgewebe tuberkulöser Herde bestimmt. Lungenmakrophagen mit ausgeprägter sekretorischer Aktivität (25–40 µm Durchmesser) weisen in der Regel keine typischen Pseudopodien auf. Die Beschaffenheit der Oberfläche kann mit einer dünnen Spitzenvertiefung verglichen werden, die aus zahlreichen, relativ kurzen Mikroauswüchsen besteht. Der runde oder ovale Kern enthält eine kleine Menge kondensierten Chromatins, einen klaren großen Nukleolus (1,5–2 µm). Das transparente Zytoplasma enthält praktisch keine großen Einschlüsse. Kurze Kanäle des granulären zytoplasmatischen Netzwerks werden durch einzelne Profile dargestellt, während gut entwickelte Elemente des Lamellenkomplexes zahlreiche Vakuolen und Vesikel mit elektronentransparentem oder osmiophilem Inhalt sind. Dieselben Strukturen werden im Ektoplasma nachgewiesen, wo sie direkt mit dem Plasmalemm verschmelzen. Sogar bei Langzeitrauchern, bei denen alle phagozytischen Zellen charakteristische Einschlüsse von Tabakteer enthalten, haben sezernierende Makrophagen eine kleine Anzahl sekundärer Lysosomen und einzelne phagosomenartige Formationen, d. h. sie absorbieren praktisch kein Fremdmaterial. Makrophagen mit ultrastrukturellen Anzeichen sekretorischer Aktivität machen unter normalen Bedingungen nicht mehr als 4-8 % der bronchoalveolären Lavage aus. Da die Funktion dieser Zellen mit dem Stoffwechsel, der Synthese und der Freisetzung vieler biologisch aktiver Substanzen in die extrazelluläre Umgebung verbunden ist, führen Störungen der Mechanismen des spezifischen und unspezifischen Schutzes zu einer Zunahme ihrer Anzahl und zur Bildung von Makrophagen mit erhöhtem sekretorischen Potenzial - Epithelzellen. Sie bilden Symplasten oder verwandeln sich infolge unvollständiger mitotischer Teilung in charakteristische mehrkernige Pirogov-Langhans-Zellen – die endgültige Differenzierung eines Makrophagen mit sekretorischer Aktivität.

Abhängig von der körpereigenen Resistenz, der Art der Wirkung und den Bedingungen des Mikromilieus haben die Transformationsprozesse der angesammelten phagozytischen, sekretorischen oder antigenpräsentierenden Aktivität ihre eigenen Merkmale. Es hat sich gezeigt, dass die Berechnung des relativen Prozentsatzes morphofunktioneller Makrophagentypen in der bronchoalveolären Lavage (Bestimmung der Makrophagenformel) bei der Differentialdiagnose von Tuberkulose und anderen pulmonalen Granulomatosen hilft und die Beurteilung der Wirksamkeit der etiotropen Behandlung ermöglicht.

Das Verhältnis der Anzahl aktiv phagozytierender und synthetisierender Lungenmakrophagen spiegelt nicht nur die Art der Gewebereaktion im Bereich der Tuberkulose-Entzündung wider, sondern kann auch als Indikator für die Aktivität des pathologischen Prozesses dienen. Auch die Frage des Abschlusses der Phagozytose bei Tuberkulose bleibt relevant. Die Ergebnisse unserer Untersuchungen an experimentellem und klinischem Material zeigen, dass der Ausgang der Interaktion zwischen Phagozytose und Pathogen vom Funktionszustand des Makrophagen und den biologischen Eigenschaften des Mikroorganismus abhängt.

Tensidsystemstatus

Die Errungenschaften der experimentellen und theoretischen Richtung bei der Untersuchung von Lungensurfactants haben es ermöglicht, ein modernes Konzept von Surfactants als Mehrkomponentensystem aus zellulären und nichtzellulären Elementen zu formulieren, dessen strukturelle und funktionelle Einheit eine normale Biomechanik der Atmung gewährleistet.

Inzwischen liegt umfangreiches Faktenmaterial vor, das nicht nur die signifikanten Anpassungsfähigkeiten des Surfactant-Systems bei tiefgreifenden Umstrukturierungen der Lungenventilation und Hämodynamik belegt, sondern auch die ausgeprägte Empfindlichkeit seiner Komponenten gegenüber zahlreichen ungünstigen Faktoren des Tuberkuloseprozesses, dessen Spezifität von der Dauer der Erregerpersistenz, dem wellenförmigen Verlauf des Prozesses und tiefgreifenden Störungen des Mikrozirkulationsbetts bestimmt wird. Die dabei beobachteten Veränderungen betreffen nicht nur die Herdbildungszonen, sondern auch entfernte, aktiv funktionierende Bereiche des Lungenparenchyms. In diesem Zusammenhang ist es äußerst wichtig, den morphofunktionellen Nutzen der verschiedenen Komponenten des Surfactant-Systems zu bewerten, um jene Veränderungen hervorzuheben, die zur Diagnose surfactantabhängiger Atemfunktionsstörungen und deren rechtzeitiger Korrektur genutzt werden können.

Die frühesten Anzeichen einer Zerstörung des pulmonalen Surfactants lassen sich in Modellversuchen mit speziellen Lungenfixierungsmethoden beobachten. Im Anfangsstadium der tuberkulösen Entzündungsentwicklung sind sie lokaler Natur und manifestieren sich hauptsächlich in den Zonen intraalveolärer Ödeme. Unter dem Elektronenmikroskop lassen sich verschiedene Stadien der Ablösung und Zerstörung der äußeren Schicht – der Surfactant-Membran – durch ödematöse Flüssigkeit beobachten. Diese Veränderungen manifestieren sich vollständig in den Herden der tuberkulösen Entzündung, wo das Material des zerstörten Surfactants überall in der Zusammensetzung des intraalveolären Inhalts bestimmt wird.

Die beobachteten Veränderungen der extrazellulären Auskleidung der Alveolen treten in Herden verschiedener bakterieller Pneumonien auf. In diesem Fall übernimmt ein Teil von A2, hauptsächlich in den perifokalen Alveolen, die kompensatorische Produktion von Tensiden. Ein anderes Bild zeigt sich in den Atmungsorganen während der Entwicklung einer tuberkulösen Entzündung, da der Erreger die Prozesse der intrazellulären Tensidsynthese negativ beeinflusst. Die direkte Einführung von Tuberkulose-Mykobakterien in die Lunge von Hunden (Brustpunktion) zeigte, dass in A2 bereits in den ersten 15–30 Minuten eine Desorganisation des zytoplasmatischen Retikulums und der Mitochondrienprofile beobachtet wird; nach mehreren Stunden sind die Alveolozyten an der Infektionsstelle vollständig zerstört. Die schnelle Entwicklung eines Tensidmangels führt zum Kollaps der Alveolen und einer schnellen Ausbreitung des Entzündungsprozesses in das umgebende Parenchym. In den an die Herde angrenzenden Alveolen überwiegen kleine junge A2 mit einzelnen kleinen Sekretgranula oder große Zellen mit Anzeichen einer Vakuolisierung intrazellulärer Strukturen, manchmal mit vollständig zerstörtem Zytoplasma. In den Alveolozyten, in denen Elemente des zytoplasmatischen Netzwerks und des Lamellenkomplexes entwickelt sind, werden riesige osmiophile Lamellenkörper (GLB) nachgewiesen, was auf eine Verzögerung (Hemmung) der Freisetzung von intrazellulärem Tensid an die Oberfläche der Alveolen hinweist.

Die mathematische Modellierung der Sekretionsfunktion von A2 in fokifreiem Lungenparenchym bei erhöhter funktioneller Belastung zeigte, dass sich das Reservepotenzial der Population trotz der Zunahme von Volumen und Dichte reifer Sekretgranula nicht signifikant änderte. Es zeigte sich, dass unter Bedingungen erhöhter Gefäßdurchlässigkeit, Entwicklung von Hypoxie und faserigen Veränderungen in den Interalveolarsepten das Gleichgewicht der Prozesse der OPT-Bildung und -Reifung gestört ist und letztere überwiegt. Eine beschleunigte Reifung von OPT führt häufig zu einer Zunahme der elektronentransparenten Substanz der Matrix in der Zusammensetzung der Sekretgranula, während der Gehalt an osmiophilem Tensidmaterial darin unbedeutend sein kann; das lamellare Material der oberflächenaktiven Substanzen ist locker gepackt und nimmt nur 1/3–1/5 des Volumens des Sekretgranulats ein. Das Auftreten einer signifikanten Anzahl von A2 mit vakuolisiertem OPT kann durch die Störung der anfänglichen Stadien der Sekretbildung erklärt werden. Solche Zellen weisen normalerweise ultrastrukturelle Zerstörungszeichen auf (Aufhellung der zytoplasmatischen Matrix, ödematöse Schwellung der Mitochondrien, Tubuli des zytoplasmatischen Retikulums und des Lamellenkomplexes), was auf eine Abnahme der Prozesse der intrazellulären Tensidproduktion hinweist.

Charakteristisch ist, dass die Abnahme der Synthese oberflächenaktiver Phospholipide mit dem Auftreten neutraler Lipidgranula im Zytoplasma von A2 einhergeht. Ein adäquates Spiegelbild der Fettstoffwechselstörungen in der von Tuberkulose betroffenen Lunge von Versuchstieren und Menschen ist die Ansammlung von Makrophagen-Lipophagen (Schaumzellen) unterschiedlichen Reifegrades in den Alveolen und im bronchoalveolären Lavagematerial. Parallel dazu kommt es zu einem signifikanten Anstieg des Gehalts an neutralen Lipiden und einer Abnahme des Anteils der Gesamtphospholipide in der Lavageflüssigkeit.

Eines der frühen Anzeichen der Tensidzerstörung im Experiment und im klinischen Bild der Tuberkulose der Atmungsorgane ist der Verlust der Fähigkeit ihrer Membranen, Strukturen aus Reservematerial zu bilden. Stattdessen sind auf der Oberfläche der Alveolen, in den Phagosomen der Alveolarmakrophagen und direkt im Material der bronchoalveolären Lavage zu Kugeln verdrehte Membranen („riesige geschichtete Kugeln“) ohne die charakteristische dreidimensionale Organisation zu sehen. Das Ausmaß der destruktiven Veränderungen im Tensidsystem wird auch durch die Häufigkeit des Nachweises von freigesetztem A2 in der Auswaschung belegt. Diese Daten korrelieren mit den Ergebnissen biochemischer und physikochemischen Studien zu Lungensurfactants.

Unter Berücksichtigung aller identifizierten Merkmale werden derzeit drei Schweregrade der Erkrankungen unterschieden, um den Zustand des Tensidsystems zu charakterisieren: geringfügig, schwerwiegend und weit verbreitet. Letzteres spiegelt ein erhöhtes Risiko für die Entwicklung eines tensidabhängigen Atemversagens bei Patienten mit weit verbreiteten destruktiven Formen der Erkrankung wider.

Die Ergebnisse der Studien zeigen, dass den Störungen im Surfactant-System der Lunge bei Tuberkulose Prozesse zugrunde liegen, die mit einer Erhöhung der Durchlässigkeit der Luft-Blut-Schranke verbunden sind:

• Schädigung des Surfactants auf der Alveolaroberfläche;
• Stoffwechselveränderungen und Schäden an A2;
• Störung der Mechanismen zur Entfernung von Tensidabfall aus den Alveolen.

Gleichzeitig haben Studien ergeben, dass der wichtigste zytologische Mechanismus, der das Funktionspotenzial des Surfactant-Systems in der durch eine tuberkulöse Entzündung veränderten Lunge unterstützt, eine Zunahme der Anzahl hypertrophierter A2-Moleküle ist, hauptsächlich im Lungenparenchym, das vom spezifischen Fokus entfernt ist.

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Genetische Aspekte der Anfälligkeit für Tuberkulose

Bevor wir mit unserer Analyse des aktuellen Forschungsstandes auf dem Gebiet der Mechanismen der Anti-Tuberkulose-Immunität und der Tuberkulose-Immunogenetik beginnen, halten wir es für notwendig, auf einige allgemeine Positionen einzugehen.

• Erstens ist bekannt, dass sich Mykobakterien hauptsächlich in Makrophagen vermehren und dort zerstört werden. Es gibt nur wenige (und widersprüchliche) Daten, die darauf hinweisen, dass es Faktoren gibt, die Mykobakterien extrazellulär zerstören können.
• Zweitens gibt es keine überzeugenden Beweise dafür, dass das neutrophile Phagozytensystem eine bedeutende Rolle bei der Abwehr einer Tuberkuloseinfektion spielt.
• Drittens gibt es keine überzeugenden Beweise dafür, dass Anti-TB-Antikörper Mykobakterien extrazellulär zerstören oder ihre intrazelluläre Zerstörung in Makrophagen oder anderen Zelltypen fördern können.
• Viertens gibt es zahlreiche Fakten, die die Annahme stützen, dass das zentrale Bindeglied der Immunität gegen Tuberkulose die T-Lymphozyten sind und dass sie ihren regulierenden Einfluss über das Phagozytensystem ausüben.
• Fünftens gibt es zahlreiche Hinweise darauf, dass erbliche Faktoren bei einer Tuberkuloseinfektion eine bedeutende Rolle spielen.

Die Daten, die auf die wichtige Rolle genetischer Faktoren bei der Anfälligkeit für Tuberkulose beim Menschen hinweisen, sind durchaus überzeugend. Dies zeigt sich zunächst daran, dass bei einer extrem hohen Infektionsrate mit M. tuberculosis (etwa ein Drittel der erwachsenen Weltbevölkerung) nur ein kleiner Teil der Menschen an Tuberkulose erkrankt. Auch die unterschiedliche Anfälligkeit verschiedener ethnischer Gruppen und die Vererbung von Anfälligkeit und Resistenz gegen Tuberkulose in Familien mit mehreren Krankheitsfällen sprechen dafür. Ein Beleg dafür ist schließlich die deutlich erhöhte Konkordanz des Auftretens klinisch manifester Tuberkulose bei eineiigen Zwillingen im Vergleich zu zweieiigen Zwillingen.

Traditionelle genetische Tests auf Tuberkulose

Die Rolle des Haupthistokompatibilitätskomplexes und NRAMP*

Die Identifizierung von Genen und ihren Allelen, deren Expression die Empfindlichkeit oder Resistenz gegenüber Tuberkulose bestimmt, würde nicht nur tiefe Einblicke in die grundlegenden Mechanismen der Immunität und die Entwicklung des pathologischen Prozesses bei Tuberkulose ermöglichen, sondern auch den Einsatz genetischer Typisierungsmethoden näher an die Realität bringen, um unter gesunden Menschen Personen mit einem genetisch erhöhten Risiko, an Tuberkulose zu erkranken, zu identifizieren, die vorrangige Präventivmaßnahmen, insbesondere einen besonderen Ansatz bei der Impfung, erfordern.

* - Natürliches Resistenz-assoziiertes Makrophagenprotein – Makrophagenprotein, das mit natürlicher Resistenz assoziiert ist.

Es gibt zahlreiche experimentelle Studien, die die Rolle einer Reihe genetischer Systeme und einzelner Gene (H2, BCG1, Tbc1, xid usw.) bei der Resistenz (Empfindlichkeit) gegen Tuberkulose bei Mäusen belegen. Zu den am besten untersuchten Genen beim Menschen gehören die Gene des Haupthistokompatibilitätskomplexes (MHC) Klasse II, darunter der Allelkomplex der HLA-DR2-Familie (Mensch) mit einer relativ hohen Assoziation mit erhöhter Morbidität in mehreren ethnisch weit entfernten Populationen. Die Allele des HLA-DQ-Locus beeinflussen das klinische Bild der Tuberkulose. Kürzlich wurden erste Erfolge bei der Analyse des Zusammenhangs des NRAMP1-Gens mit Tuberkulose beim Menschen erzielt. Diese Daten sind besonders bemerkenswert, da dieses Gen einen hohen Grad an Homologie mit dem NRAMP1-Gen (früher BCG 1 genannt, da es die Anfälligkeit für M. bovisBCG steuert) aufweist, das selektiv in Mausmakrophagen exprimiert wird und zweifellos die Anfälligkeit für intrazelluläre Krankheitserreger (einschließlich Mykobakterien) beeinflusst.

Funktionsverlustmutationen

Es wurden mehrere Gene identifiziert, deren Veränderungen zu einem vollständigen Verlust der Fähigkeit zur Kodierung eines funktionell aktiven Produkts (Gen-Knockout) führten und insbesondere die Fähigkeit der Mäuse beeinträchtigten, eine schützende Immunantwort auf eine Mykobakterien-Infektion zu entwickeln. Dies sind die Gene, die für IFN-γ, IL-12, TNFα kodieren, sowie die Rezeptoren von Immunsystemzellen für die aufgeführten Zytokine. Andererseits unterschied sich der Verlauf der Tuberkulose-Infektion bei einem Knockout der für IL-4 und IL-10 kodierenden Gene praktisch nicht von dem bei Wildtyp-(Anfangs-)Mäusen. Diese Daten bestätigten auf genetischer Ebene die primäre Schutzfunktion der Fähigkeit des Immunsystems (hauptsächlich T1-Lymphozyten) bei Tuberkulose, auf eine Infektion mit der Produktion von Zytokinen des Typs 1, nicht jedoch des Typs 2 zu reagieren.

Die Anwendbarkeit dieser Daten auf mykobakterielle Infektionen beim Menschen wurde nachgewiesen. In sehr seltenen Familien, in denen Kinder bereits in jungen Jahren an wiederkehrenden mykobakteriellen Infektionen und Salmonellose litten, ist die extrem hohe Anfälligkeit auf homozygote nicht-konservative Mutationen in den Genen zurückzuführen, die für Zellrezeptoren für IFN-γ und IL-12 kodieren und von für diese Mutationen heterozygoten Eltern vererbt wurden; wie erwartet erwiesen sich die Ehen bei einer solchen Vererbung seltener Mutationen als eng verwandt. Solche groben Verstöße führen jedoch zu einer so hohen Anfälligkeit für Infektionen, dass sie dem Kind praktisch kein Überleben von mehr als einigen Jahren und dann nur unter nahezu sterilen Bedingungen ermöglichen.

Dieselben Überlegungen führen zu einer etwas skeptischen Einschätzung des Ansatzes zur Modellierung von Infektionen bei Tieren mit Knockout-Mutationen in Genen, die eine primäre Rolle beim Schutz vor diesen Infektionen spielen. Solche Mutationen führen zur Expression von Phänotypen, die unter normalen Bedingungen keine Überlebenschance haben und durch Selektion schnell eliminiert würden. So sterben Mäuse, die keine MHC-Klasse-II-Produkte exprimieren und daher keinen normalen Pool an CD4-Lymphozyten besitzen, innerhalb kurzer Zeit nach einer Infektion mit M. tuberculosis an einer disseminierten Infektion. Ein sehr ähnlicher Verlauf der Tuberkulose beim Menschen wird mit einem ausgeprägten Abfall der CD4-Zellzahl im Spätstadium von AIDS beobachtet. Bei der Lösung von Fragen der genetischen Bestimmung von Risikogruppen und allgemein zum Verständnis der genetischen Ursachen einer erhöhten Anfälligkeit innerhalb der normalen Bevölkerungsverteilung befasst sich der Forscher mit Individuen, die zwar (gemäß dieser Eigenschaft) nicht optimal, aber durchaus lebensfähig sind. Dieser Aspekt des Problems spricht dafür, traditionellere experimentelle Modelle für die genetische Analyse zu verwenden, beispielsweise interlineare Unterschiede im Verlauf der Tuberkulose bei Mäusen.

Genomscreening und bisher unbekannte Tuberkulose-Suszeptibilitätsgene

Bereits in den 1950er und 1960er Jahren wurde gezeigt, dass die Vererbung von Anfälligkeits- und Resistenzmerkmalen für Tuberkulose bei Labortieren komplex und polygen ist. In dieser Situation ist es zunächst notwendig, deutlich ausgeprägte, „extrem unterschiedliche“ Phänotypen zwischen anfälligen und resistenten Tieren oder Individuen, d. h. Merkmale der Krankheit, auszuwählen und anschließend die Art ihrer Vererbung zu untersuchen. Zweitens muss berücksichtigt werden, dass wir a priori nicht wissen, wie viele Gene an der Krankheitskontrolle beteiligt sind und wie sie im Genom lokalisiert sind. Daher ist es notwendig, entweder die genetische Vielfalt in der untersuchten Population im Voraus zu reduzieren, indem man sie nach dem zu untersuchenden Merkmal trennt, und zwar mithilfe genetischer Techniken (was nur in Tierversuchen möglich ist), oder das gesamte Genom mit statistischen Methoden der quantitativen Genetik anstelle der Mendelschen Genetik zu screenen, oder diese Techniken zu kombinieren. Nach der Entwicklung von Genom-Scanning-Methoden mittels PCR für Mikrosatelliten-DNA-Regionen und der statistischen Verarbeitung und Interpretation der Ergebnisse begann die genetische Analyse der Anfälligkeit für Tuberkulose auf einer neuen Ebene.

Die oben genannten Ansätze wurden vor kurzem von zwei Forschergruppen erfolgreich in genetischen Experimenten an linearen Mäusen angewendet. Eine Gruppe von Autoren vom Zentralen Forschungsinstitut für Tuberkulose der Russischen Akademie der Medizinischen Wissenschaften hat zusammen mit Kollegen vom Zentrum für das Studium der Wirtsresistenz der McGill University (Montreal, Kanada) und dem Königlichen Stockholmer Institut als erste ein genomisches Screening zur Untersuchung der Vererbung des Schweregrads der Erkrankung durchgeführt, die durch die intravenöse Verabreichung einer hohen Dosis des M. tuberculosis Stamms H37Rv bei Mäusen verursacht wird. Die Linien A/Sn (resistent) und I/St (empfindlich) wurden als Elternlinien mit entgegengesetzter Anfälligkeit für Tuberkulose verwendet. Es wurde eine zuverlässige Verknüpfung der Anfälligkeit bei weiblichen Tieren mit mindestens drei verschiedenen Loci auf den Chromosomen 3, 9 und 17 festgestellt. Vor kurzem wurde auch bei männlichen Tieren eine Verknüpfung mit Loci im proximalen Teil von Chromosom 9 und im zentralen Teil von Chromosom 17 nachgewiesen. Die stärkste Verbindung zur Anfälligkeit wurde für den Locus auf Chromosom 9 festgestellt. Eine andere Forschergruppe in den USA durchsuchte das Mausgenom, um das Vererbungsmuster des Anfälligkeitsmerkmals im M. tuberculosa-Stamm Erdman zu bestimmen. In einer Kombination der Mauslinien C57BL/6J (resistent in ihrem Modell) und C3HeB/FeJ (empfindlich) wurde bei der Analyse von F2-Hybriden und dann der BC1-Nachkommen ein Locus im zentralen Teil von Chromosom 1 kartiert, der die Schwere der Erkrankung steuert. Nach der ersten Kartierung konnte mithilfe einer Rekombinationsanalyse eine genauere Lokalisierung des Locus erreicht werden, und seine Auswirkung auf ein so wichtiges phänotypisches Merkmal wie die Schwere der granulomatösen Lungengewebeschädigung wurde in rückgekreuzten Mäusen (Generation BC3) festgestellt, d. h. nachdem die genetische Vielfalt unter den untersuchten Tieren mithilfe genetischer Techniken signifikant verringert wurde. Es ist wichtig zu beachten, dass der kartierte Locus. Der Genort sst1 (Anfälligkeit für Tuberkulose 1) ist zwar auf Chromosom 1 lokalisiert, aber eindeutig nicht identisch mit dem NRAMP1-Locus. Dies wird sowohl durch seine Lokalisation auf dem Chromosom als auch durch die Tatsache belegt, dass C57BL/6-Mäuse das BCG-Empfindlichkeitsallel für das NRAMP1-Gen, aber das Resistenzallel gegen M. tuberculosis für den sst1-Locus tragen.

Die in den letzten Jahren veröffentlichten Daten zum Vorhandensein von Loci im Mausgenom, die den Verlauf der Tuberkulose grundlegend beeinflussen, lassen auf signifikante Fortschritte in diesem Bereich und bei der Analyse der genetischen Anfälligkeit des Menschen hoffen. Die rasanten Fortschritte in der Genomanalyse werden höchstwahrscheinlich einen sehr schnellen Übergang von der Genetik der Maustuberkulose zur Genetik der menschlichen Tuberkulose ermöglichen, da die vollständige Genomsequenz von Mensch und Maus praktisch entschlüsselt ist.

Makrophagen-Mykobakterien-Interaktion

Makrophagen spielen eine äußerst wichtige Rolle bei der Abwehr einer Tuberkuloseinfektion, sowohl in der Phase der Antigenerkennung als auch bei der Eliminierung von Mykobakterien.

Nachdem Mykobakterien in die Lunge eingedrungen sind, kann sich die Situation nach vier Hauptmustern entwickeln:

• die primäre Wirtsreaktion kann ausreichen, um alle Mykobakterien vollständig zu eliminieren und damit die Möglichkeit einer Tuberkulose auszuschließen;
• Bei schnellem Wachstum und Vermehrung von Mikroorganismen entwickelt sich eine Krankheit, die als primäre Tuberkulose bekannt ist;
• bei einer latenten Infektion entwickelt sich die Krankheit nicht, aber Mykobakterien verbleiben im Körper in einem sogenannten Ruhezustand, und ihre Anwesenheit manifestiert sich nur in Form einer positiven Hautreaktion auf Tuberkulin;
• In einigen Fällen sind Mykobakterien in der Lage, von einem Ruhezustand in eine Wachstumsphase überzugehen und die latente Infektion wird durch eine Reaktivierung der Tuberkulose ersetzt.

Die erste Verteidigungslinie gegen Infektionen, nachdem Mykobakterien die unteren Atemwege erreicht haben, sind Alveolarmakrophagen. Diese Zellen können das Bakterienwachstum durch Phagozytierung direkt unterdrücken. Sie sind außerdem an einer Vielzahl zellulärer Immunreaktionen gegen Tuberkulose beteiligt – durch Antigenpräsentation, Stimulation der T-Lymphozyten-Akkumulation am Entzündungsort usw. Es ist wichtig zu beachten, dass die spezifischen Mechanismen der Bindung virulenter und relativ avirulenter Mykobakterienstämme an Phagozyten unterschiedlich sein können.

Es gibt ausreichende Hinweise darauf, dass der Prozess der Vakuolen- oder Phagosomenbildung während der Interaktion von M. tuberculosis mit einem mononukleären Phagozyten durch die Anheftung des Mikroorganismus an Komplementrezeptoren (CR1, CR3, CR4), Mannoserezeptoren oder andere Zelloberflächenrezeptoren vermittelt wird. Die Interaktion zwischen den Mannoserezeptoren von Phagozytenzellen und Mykobakterien wird offenbar durch das Glykoprotein der mykobakteriellen Zellwand – Lipoarabinomannan – vermittelt.

Zytokine von T-Helferzellen Typ 2 – Prostaglandin E2 und IL-4 – stimulieren die Expression von CR und MR, während IFN-γ im Gegenteil die Expression und Funktion dieser Rezeptoren unterdrückt, was zu einer Verringerung der Adhäsion von Mykobakterien an Makrophagen führt. Auch Daten über die Beteiligung von Rezeptoren für Tensidproteine an der Anheftung von Bakterien an Zellen häufen sich weiterhin.

Die Rolle des CD14-Moleküls (Phagozytenmarker) wurde anhand eines Interaktionsmodells zwischen Mykobakterien und Mikroglia, den residenten Phagozyten des Hirngewebes, demonstriert. Es zeigte sich, dass Antikörper gegen CD14 eine Infektion von Mikrogliazellen mit dem virulenten Laborstamm H37Rv verhinderten. Da das CD14-Molekül die Zellmembran nicht durchdringt und somit keinen direkten Kontakt zum Zytoplasma hat, kann es das Lipoprotein-induzierte Signal nicht eigenständig übertragen, sondern benötigt einen Korezeptor zur Aktivierung intrazellulärer Signalwege. Die wahrscheinlichsten Kandidaten für solche Korezeptoren sind Vertreter der Toll-like-Rezeptorfamilie. Mikrobielle Lipoproteine können durch Aktivierung dieser Rezeptoren einerseits die Abwehrmechanismen des Wirtsorganismus verstärken und andererseits durch die Einleitung der Apoptose Gewebeschäden verursachen. Gleichzeitig kann die Apoptose die Immunantwort hemmen, indem sie an Immunreaktionen beteiligte Zellen eliminiert und so die Gewebeschäden reduziert.

Darüber hinaus ist es durchaus wahrscheinlich, dass die sogenannten „Scavenger“-Rezeptoren, die sich auf der Oberfläche von Makrophagen befinden und eine Affinität zu einer Reihe von Liganden aufweisen, eine bedeutende Rolle im Prozess der Anheftung von Mykobakterien an Phagozyten spielen.

Nach der Phagozytose wird M. tuberculosis durch Makrophagen gehemmt. Nach dem Eindringen in das Phagosom sind pathogene Bakterien einer Reihe von Faktoren ausgesetzt, die ihre Zerstörung anstreben. Zu diesen Faktoren gehören die Fusion des Phagosoms mit Lysosomen sowie die Synthese reaktiver Sauerstoffradikale und reaktiver Stickstoffradikale, insbesondere Stickstoffmonoxid. Der Tod der Mykobakterien im Makrophagen kann durch verschiedene Mechanismen infolge komplexer, Zytokin-vermittelter Interaktionen zwischen Lymphozyten und Phagozyten erfolgen. Möglicherweise ist die Fähigkeit der Mykobakterien, den toxischen Wirkungen reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffradikale zu entgehen, ein entscheidender Schritt beim Übergang in das latente Stadium der Infektion. Die Fähigkeit der Makrophagen, das Wachstum von M. tuberculosis zu hemmen, hängt maßgeblich vom Stadium der Zellaktivierung (zumindest teilweise) und vom Zytokingleichgewicht (vor allem wahrscheinlich von Plättchenwachstumsfaktor Alpha (TGF-α) und IFN-γ) ab.

Ein wichtiger Bestandteil des Mechanismus der antimykobakteriellen Aktivität von Makrophagen ist offenbar die Apoptose (programmierter Zelltod). Im Modell der Kultivierung von M. bovis BCG in Monozyten wurde gezeigt, dass die Apoptose (aber nicht die Nekrose) von Makrophagen mit einer Abnahme der Lebensfähigkeit phagozytierter Mykobakterien einhergeht.

Die Rolle von T-Lymphozyten bei der Immunität gegen Tuberkulose

T-Lymphozyten sind bekanntermaßen der Hauptbestandteil der erworbenen Immunität bei einer Tuberkulose-Infektion. Die Immunisierung von Versuchstieren mit mykobakteriellen Antigenen sowie der Verlauf einer Tuberkulose-Infektion gehen mit der Bildung antigenspezifischer Lymphozyten CD4 ⁺ und CD8 ⁺ einher.

Ein Mangel an CD4- und in geringerem Maße an CD8-Lymphozyten, der bei Knockout-Mäusen mit den Genen CD4, CD8, MHCII, MHCI sowie bei Verabreichung von gegen CD4- oder CD8-Antigene spezifischen Antikörpern beobachtet wird, führt zu einer signifikanten Abnahme der Resistenz der Mäuse gegen eine Infektion mit M. tuberculosis. Es ist bekannt, dass AIDS-Patienten, die durch einen Mangel an CD4 ⁺ -Lymphozyten gekennzeichnet sind, eine extrem hohe Anfälligkeit gegenüber Tuberkulose aufweisen. Der relative Beitrag von CD4 ^+- und CD8 ^{+-Lymphozyten zur schützenden Immunantwort kann sich in verschiedenen Stadien der Infektion ändern. So überwiegen in den Lungengranulomen von mit M. bovis BCG infizierten Mäusen} in den frühen Stadien der Infektion (2–3 Wochen) CD4 ^{+ -T-Lymphozyten, während der Gehalt an CD8+} -Lymphozyten in späteren Stadien ansteigt. Während der adoptiven Übertragung weisen CD8 ^{+-Lymphozyten, insbesondere ihre CD44hl-} Subpopulation, eine hohe Schutzaktivität auf. Neben CD4 ⁺ und CD8 ⁺ Lymphozyten können auch andere Lymphozyten-Subpopulationen, insbesondere γδ und CD4 ⁺ CD8 ^{+ Lymphozyten,}, beschränkt durch nicht-polymorphe Moleküle der MHC-Klasse CD1. tragen offenbar auch zur schützenden Immunität gegen eine Tuberkulose-Infektion bei. Die Mechanismen der Effektorwirkung von T-Lymphozyten beschränken sich hauptsächlich entweder auf die Produktion löslicher Faktoren (Zytokine, Chemokine) oder auf Zytotoxizität. Bei mykobakteriellen Infektionen kommt es vorwiegend zur Bildung von T1, dessen charakteristische Merkmale die Produktion der Zytokine IFN-γ und TNF-α sind. Beide Zytokine können die antimykobakterielle Aktivität von Makrophagen stimulieren, die hauptsächlich für die Schutzwirkung von CD4-Lymphozyten verantwortlich ist. Darüber hinaus kann IFN-γ die Schwere entzündlicher Reaktionen in der Lunge unterdrücken und dadurch die Schwere einer Tuberkulose-Infektion verringern. TNF-α ist notwendig für die Granulombildung, die vollständige Zusammenarbeit von Makrophagen und Lymphozyten und den Gewebeschutz vor nekrotischen Veränderungen. Neben seiner schützenden Wirkung hat TNF-α auch eine „pathologische“ Wirkung. Seine Produktion kann zu Fieber, Gewichtsverlust und Gewebeschäden führen – Symptomen, die für eine Tuberkulose-Infektion charakteristisch sind. T-Lymphozyten sind nicht die einzige Quelle von TNF-α. Seine Hauptproduzenten sind Makrophagen. Die Wirkung von TNF-α wird maßgeblich durch die Produktionsmenge anderer Zytokine des Typs 1 und 2 im Entzündungsherd bestimmt. Unter Bedingungen überwiegender Produktion von Zytokinen des Typs 1 und fehlender Produktion von Zytokinen des Typs 2 hat TNF-α eine schützende Wirkung, bei gleichzeitiger Produktion von Zytokinen des Typs 1 und 2 hingegen eine zerstörerische. Da Mykobakterien, wie oben erwähnt, hauptsächlich T1-Lymphozyten stimulieren, geht der Verlauf mykobakterieller Infektionen in der Regel nicht mit einer erhöhten Produktion von IL-4 und IL-5 einher. Gleichzeitig kann es bei schweren Infektionsformen sowie in deren Spätstadien zu einer lokalen und systemischen Erhöhung der IL-4- und IL-5-Produktion kommen. Ob die erhöhte Produktion von Typ-2-Zytokinen eine Ursache für eine schwerere Tuberkulose-Infektion oder eine Folge davon ist, ist unklar.

Zytotoxizität gegenüber infizierten Zielzellen zeigen sowohl CD8 ⁺ -Zellen als auch „nicht-klassische“ CD8 ⁺ -Lymphozyten, die durch CDlb-Moleküle, CD4+-Lymphozyten und CD4+-Lymphozyten restringiert sind. ^DieBedeutung der ^{Zytotoxizität} für den Schutz vor Tuberkulose wird durch eine Abnahme der zytotoxischen Aktivität von CD8 ⁺ -Lymphozyten und des Perforingehalts bei Tuberkulosepatienten im Vergleich zu gesunden Spendern belegt. Es ist wichtig, die Frage zu beantworten, wie die Lyse infizierter Zielzellen den Verlauf des Infektionsprozesses beeinflussen kann: Führt sie zu einer Verringerung der Reproduktionsintensität von Mykobakterien, die intrazelluläre Parasiten sind, oder fördert sie im Gegenteil die Freisetzung von Mykobakterien aus infizierten Makrophagen und die Infektion neuer Zellen? Die Daten von S. Stronger (1997) scheinen zum Verständnis dieser Frage beitragen zu können. Die Autoren zeigten, dass zytotoxische Lymphozyten Granulysinmoleküle enthalten, die eine bakterizide Wirkung auf Mykobakterien haben. Damit Granulysin in infizierte Zellen eindringen kann, müssen Lymphozyten Proteine absondern, die Poren in der Membran der Zielzellen bilden. So wurden erstmals Daten zur direkten Zerstörung von Mykobakterien (in Makrophagen) durch T-Lymphozyten gewonnen, wodurch die Möglichkeit einer direkten Beteiligung von T-Lymphozyten am Schutz vor mykobakteriellen Infektionen nachgewiesen wurde.

Regulierung der T-Zell-Immunantwort

Die Reaktion der T-Lymphozyten und ihre Produktion von Effektor-Zytokinen werden durch Zytokine reguliert, die von Antigen-präsentierenden Zellen, einschließlich infizierter Makrophagen, produziert werden. IL-12 verschiebt die Differenzierung von T-Lymphozyten in Richtung der Bildung von Th1-Zellen und stimuliert die Produktion von IFN-γ. Die Infektion von Mäusen mit IL-12 ^% M. bovis BCG führt zu einer fortschreitenden Entwicklung der Infektion, einer erhöhten Verbreitung von Mykobakterien und geht mit dem Ausbleiben einer Granulombildung in der Lunge einher. Bei Mäusen mit IL-12p40 ^%, die mit M. tuberculosis infiziert sind, ist ein unkontrolliertes Wachstum von Mykobakterien zu beobachten, das mit einer Verletzung sowohl der natürlichen Resistenz als auch der erworbenen Immunität einhergeht und durch eine signifikante Abnahme der Produktion der proinflammatorischen Zytokine IFN-γ und TNF-β verursacht wird. Umgekehrt führt die Verabreichung von rekombinantem IL-12 an Mäuse, gefolgt von einer Infektion mit M. tuberculosis Erdmann, zu einer Erhöhung ihrer Resistenz gegen die Infektion.

IL-10 ist ein regulatorisches Zytokin, das die Entwicklung humoraler Immunreaktionen stimuliert und viele Reaktionen der zellulären Immunität unterdrückt. Es wird angenommen, dass die Wirkung von IL-10 auf die T-Zell-Antwort durch seine Wirkung auf Makrophagen vermittelt werden könnte: IL-10 hemmt die Präsentation von Antigenen durch Makrophagen und unterdrückt die Synthese der proinflammatorischen Zytokine TNF-α, IL-1, IL-6, IL-8 und IL-12, GM-CSF, G-CSF durch Makrophagen. IL-10 hat außerdem eine antiapoptotische Wirkung. Ein solches Wirkungsspektrum sollte, so scheint es, den signifikanten Einfluss von IL-10 auf die Intensität der Tuberkulose-Immunität bestimmen, jedoch sind die Daten zur Abhängigkeit der schützenden Immunität von der IL-10-Produktion äußerst widersprüchlich.

TGF-β ist ein einzigartiger Faktor bei der Unterdrückung der zellulären Immunität. Sein Produktionsniveau korreliert mit dem Schweregrad der Tuberkulose. Die Verabreichung von Anti-TGF-β-Antikörpern oder natürlichen TGF-β-Inhibitoren an mit M. tuberculosis infizierte Mäuse korrigiert die reduzierte T-Zell-Reaktion.

Es ist zu beachten, dass die Effektorrolle von T-Lymphozyten nicht auf die Produktion von Zytokinen und die zelluläre Zytotoxizität beschränkt ist. Andere Prozesse, die bei der Herstellung eines direkten Kontakts zwischen T-Lymphozyten und Makrophagen sowie bei der Produktion von Chemokinen durch T-Lymphozyten auftreten, können wesentlich zur Entwicklung lokaler Entzündungsreaktionen beitragen. Letztere wiederum werden nicht nur durch die Reaktion von Makrophagen und T-Lymphozyten verursacht. Neutrophile, Eosinophile, Fibroblasten, Epithelzellen und andere Zellen können aktiv an den Prozessen beteiligt sein, die während einer Tuberkulose-Infektion in der Lunge ablaufen.

Morphologische Untersuchungen des Prozesses der Granulombildung sowie die Ergebnisse der Bestimmung der Dynamik der Bildung einer spezifischen T-Zell-Antwort ermöglichen unserer Meinung nach die Unterscheidung mehrerer Stadien der Interaktion von Mykobakterien mit dem Makroorganismus. Das erste ist durch eine fortschreitende Proliferation von Mykobakterien in Abwesenheit einer spezifischen Reaktion von T-Lymphozyten gekennzeichnet und dauert etwa 2-3 Wochen. Das zweite tritt nach der Bildung reifer T-Lymphozyten auf und ist durch eine Stabilisierung des mykobakteriellen Wachstums gekennzeichnet. In der Regel folgt darauf das Dekompensationsstadium, das zeitlich mit der Zerstörung lymphatischer Formationen und dem Auftreten nekrotischer Veränderungen in der Lunge zusammenfällt. Der Impfeffekt kann auf eine Verringerung der ersten Phase der Reaktion zurückzuführen sein.