Пневмокониозы: этиология и патогенез

prichinpnevmokoniozТермин «пневмокониозы» объединяет «хронические профессиональные заболевания легких, развивающиеся от вдыхания пыли и сопровождающиеся стойкой диффузной соединительнотканной реакцией легочной ткани, преимущественно фиброзного типа, рентгенологически выражающейся в диссеминированном легочном процессе узелкового или интерстициального типа» [Классификация пневмокониозов, 1976].

Вредное действие пыли на организм человека было замечено еще в древности. Было известно, что работа в условиях интенсивного запыления приводит к заболеваниям, сопровождающимся кашлем с отделением мокроты и нередко заканчивающимся смертью («черная чахотка», «чахотка углекопов»). Об этом писали Гиппократ, Парацельс, Рамаццини. В отечественной литературе упоминания о болезнях, связанных с пылевым воздействием, имеются в трудах А. Н. Никитина (1847), В. Португалова (1870), Ф. Ф. Эрисмана (1877) и др.

Для обозначения профессиональной пылевой патологии легких в 1866 г. F. Zenker предложил термин «пневмокониоз» (от греч. pneumon — легкое и conia — пыль). Затем A. Visconti назвал пневмокониоз, связанный с вдыханием пыли кварца, силикозом, а в дальнейшем, поскольку считалось, что все виды пыли способны вызывать пневмокониозы, появились десятки новых терминов — «асбестоз», «антракоз», «сидероз», «сахароз» и т. д.

По мере накопления клинических, рентгенологических и морфологических данных определилось особое место силикоза как наиболее тяжелого пневмокониоза. В свое время это нашло отражение в категорических формулировках: «нет пневмокониоза, кроме силикоза» и даже «пневмокониозы и силикоз — синонимы». В современной профпатологии общепризнано, что, хотя силикоз остается самым серьезным из пневмокониозов, последние могут вызываться воздействием не только кварцевой, но и других видов пыли.  Пневмокониозы относятся к наиболее распространенным профессиональным заболеваниям, и в промышленно развитых странах мира насчитываются сотни тысяч больных пневмокониозами. В структуре профессиональной заболеваемости пневмокониозы продолжают занимать одно из первых мест.

Классификация пневмокониозов

Согласно отечественной классификации [Калитеевская Т. Н. и др., 1976], по этиологическому принципу различают:

  1. силикоз;
  2. силикатозы (асбестоз, талькоз, цементный пневмокониоз и др.);
  3. металлокониозы (бериллиоз, сидероз, алюминоз);
  4. карбокониозы (антракоз, графитоз, сажевый пневмокониоз и др.);
  5. пневмокониозы от смешанной пыли:
    1. содержащей свободную SiО2 (антракосиликоз, сидеросиликоз, силикосиликатоз);
    2. не содержащей свободной SiО2 или с незначительным ее содержанием (пневмокониоз шлифовальщиков, электросварщиков и др.);
  6. пневмокониозы от органической пыли (хлопковой, зерновой, пробковой, тростниковой и др.).

В клинико-рентгенологической характеристике учитываются тип затенений (узелковый, интерстициальный, узловой), их распространенность, занимаемая ими площадь, а также стадия процесса (I, II, III). По течению различают быстро и медленно прогрессирующий, регрессирующей и поздний варианты (при последнем пневмокониоз развивается после прекращения контакта с пылью). В классификации приводится клинико-функциональная характеристика пневмокониозов и перечисляются их осложнения (туберкулез, спонтанный пневмоторакс, пневмонии, ревматоидный артрит и др.).

Этиология пневмокониозов

Этиологический фактор пневмокониозов, как следует из его определения, — пыль. Наибольшее значение имеет химический состав пыли. Это отражает и классификация пневмокониозов, в основу которой положена этиологическая группировка по видам производственной пыли. Особенно агрессивна пыль с высоким содержанием свободной двуокиси кремния — SiО2. Вызываемый ею силикоз широко распространен и отличается неблагоприятным течением. Он наблюдается у шахтеров (бурильщиков, проходчиков, забойщиков), рабочих металлообрабатывающей промышленности (обрубщиков, стерженщиков, формовщиков), производства огнеупорных материалов, фарфорофаянсовый промышленности.

Пыль других силикатов (асбеста, талька) также способна вызывать пневмокониозы — силикатозы. Асбестоз по скорости развития, выраженности клинической картины мало уступает силикозу, по остальные силикатозы носят более доброкачественный характер. То же можно сказать о карбокониозах — пневмокониозах от углеродсодержащей пыли — и металлокониозах, хотя при контакте с некоторыми металлами, в первую очередь бериллием, основное значение приобретает не их фиброгенная активность, а сенсибилизирующее или прямое токсическое действие. Свойства пылей смешанного состава определяются комбинацией свойств их фракций; главная роль принадлежит свободной SiО2, при большом содержании которой пневмокониоз в значительной степени напоминает силикоз.

Пыль органического происхождения (хлопка, льна, шерсти, сахарного тростника, пластических масс и др.) по биологическому действию существенно отличается от всех прочих. При контакте с нею развиваются заболевания, иногда напоминающие бронхиальную астму, в части случаев — аллергический альвеолит, но диффузный пневмофиброз отмечается далеко не всегда. Поэтому патология, вызванная вдыханием органической пыли, может быть отнесена к пневмокониозам лишь условно.

Некоторые виды пыли известны в кристаллических и аморфных модификациях, обладающих неодинаковой агрессивностью. Так, кристаллические модификации SiО2 (кварц, кристобалит, тридимит, кохалонг), обладающие различной фиброгенной активностью, более патогенны, чем аморфные (опал, трепел, силикагель). Другие характеристики пыли (дисперсность, способ формирования аэрозоля — дезинтеграция или конденсация и др.) также могут влиять на их патогенность.

Дисперсность пыли в значительной мере определяет глубину ее проникновения в органы дыхания и интенсивность элиминации. Наиболее активна фракция с размером частиц около 1-2 мкм. Более крупные частицы задерживаются и быстрее удаляются с помощью мукоцилиарного аппарата; более мелкие элиминируются частично с выдыхаемым воздухом, не успевая осесть на слизистую, частично по лимфатическим путям. Форма частиц, от которой зависит возможность механической травматизации тканей, играет сравнительно скромную роль.

Патогенез пневмокониозов

Сопоставление физических, химических, биологических свойств разных видов пыли и их фиброгенной активности позволило уловить некоторые закономерности, послужившие основанием для нескольких десятков (около 60) теорий патогенеза. Известно, что пылевые частицы при высокой концентрации их во вдыхаемом воздухе и недостаточной эффективности мукоцилиарного клиренса попадают в альвеолы, а оттуда в межклеточное пространство либо самостоятельно, либо транспортируются фагоцитами, получившими название кониофаги — «пылевые клетки».

По-видимому, пенетрация нефагоцитированных частиц является основным способом их проникновения в легочную ткань, а способность кониофагов проникать из просвета альвеол во внутритканевую среду иногда оспаривается. Часть кониофагов остается в межальвеолярных перегородках, другая часть попадает в лимфатическую систему и разносится по всему легкому. Скопления пылевых частиц в просвете альвеол и легочной ткани дают начало развитию пневмокониоза.

Кониотический процесс при действии разных видов пыли имеет как общие черты, так и довольно существенные различия. Наиболее разработаны вопросы патогенеза силикоза. Теории физического воздействия приписывают главную роль тем или иным физическим свойствам пыли. Фиброгенный эффект кварцевой пыли объясняли ее травмирующими свойствами, однако было показано, что такие же или еще более твердые пылинки с острыми гранями (алмаз, карборунд) значительно менее фиброгенны, а аморфные разновидности SiО2, не способные механически травмировать ткани, вызывают отчетливый фиброз.

К настоящему времени из физических характеристик SiО2 основное значение придается особенностям строения ее кристаллической решетки, поверхности излома кварцевого кристалла, вообще особым свойствам поверхности пылевой частицы, интерпретация которых выходит за рамки собственно физической теории. Среди теорий химического воздействия наиболее аргументирована токсико-химическая, ставящая фиброгенные свойства пыли в зависимость от ее растворимости, причем главная роль приписывается коллоидальному раствору кремниевой кислоты.

Определенная корреляция между растворимостью пыли и ее фиброгенной активностью существует, но удаление легкорастворимого «слоя» пылевой частицы резко усиливает ее фиброгенную активность, а увеличение растворимости SiО2 (например, добавлением щелочей) тормозит развитие фиброза. Несколько теорий особое значение придавали только полимеризованной кремниевой кислоте, которую даже рассматривали как строительный материал для образования коллагена.

Доказательства не только физической, но и химической адсорбции белковых молекул на поверхности частицы кварца сближают теории физического и химического воздействия и служат фундаментом для теорий биологического воздействия. Наиболее активно сорбируются глобулины. Предполагалось, что белки при этом становятся аутоантигенами. Однако их структурные изменения оказались не столь глубокими, а поэтому и развитие фиброза пытаются истолковать не как следствие специфической аутоиммунной реакции, а как проявление неспецифического иммуногенеза. Липосахариды, выделяющиеся при гибели кониофагов, по этим представлениям, стимулируют, подобно адъюванту Фрейнда, иммунологическую реактивность, а также развитие пневмофиброза. Впрочем, индукция аутоантител не исключается.

Роль макрофагов в патогенезе пневмокониозов весьма существенна. В прошлом на основании частого обнаружения частиц кварца вне клеток высказывалось мнение о том, что они фагоцитируются неактивно. Позднее выяснилось, что макрофаги поглощают частицы чрезвычайно интенсивно, но быстро погибают. Пыль поглощается новыми макрофагами, и процесс многократно повторяется, причем его интенсивность хорошо коррелирует со скоростью и выраженностью фиброгенеза. Это согласуется с предположениями, высказанными еще в 30-х годах, что при гибели кониофагов выделяется какой-то липоидный фиброгенный фактор, сходный с липоидной фракцией микобактерий туберкулеза и стимулирующий развитие силикотического узелка, имеющего некоторое сходство с туберкулезной гранулемой.

По современным данным, количество липоидов в легких увеличивается даже раньше, чем оксипролина, содержание которого считается одним из важных критериев фиброгенности пыли. Непосредственные причины губительного действия пыли на кониофаг остаются не вполне ясными. Наиболее убедительной из предложенных в последние годы представляется теория, согласно которой при взаимодействии пылевой частицы с клеточными элементами ведущая роль принадлежит химически активным ОН — группам поверхности [Величковский Б. Т., 1980].

Двуокись кремния следует рассматривать, в частности, как твердый полиэлектролит. Общее условие цитотоксичности и фиброгенности пыли — неравномерное распределение электронной плотности на поверхности частицы, обусловливающее ее полярность или суммарный эффективный заряд. Концепция о биологической роли поверхностных химических групп прихожими к широкому спектру промышленных пылей. Пусковым этапом развития любого пневмокониоз является гибель макрофага. Воздействие поглощенной частицы приводит к повреждению лизосомальных мембран, выходу лизосомальных ферментов в цитоплазму и «самоперевариванию» кониофага.

Одним из главных регуляторов проницаемости мембран служит процесс перекисного окисления липидов, накопление которых влечет за собой избыточное образование липоперекисей и разобщение окисления и фосфорилирования, что лежит в основе накопления в клетке «фиброгенного фактора». «Липидомитохондриальная» гипотеза наиболее полно объясняет последовательность морфофункциональных изменений макрофага. Дальнейшее развитие процесса, по этим представлениям, связано с продуктами разрушения кониофагов, которые по принципу обратной связи мобилизуют дополнительное количество клеточных элементов, необходимых для самоочищения легких, вызывают иммунологические изменения, характерные для гиперчувствительности замедленного типа, стимулируют фибробласты и образование коллагена.

Патологическая анатомия пневмокониозов

Морфогенез пневмокониозов изучен достаточно хорошо [Борщевский Ю. М. и др., 1974, и др.]. Пневмокониотический фиброз начинается скоплением пылевых клеток, располагающихся перибронхиально, периваскулярно, в просветах альвеол и альвеолярных ходах.

Различают узелковую, интерстициальную и узловую формы пневмокониозов. Основными элементами узелкового фиброза являются мелкие образования, вначале состоящие лишь из пылевых частиц и клеточных элементов, — «молодые» узелки. В дальнейшем узелки пронизываются неколлагеновыми и коллагеновыми волокнами с последующей гиалинизацией и становятся из клеточно-фиброзных собственно склеротическими.

Типичный «зрелый» узелок характеризуется круглой или овальной формой, он состоит из пучков соединительной ткани, расположенных концентрически или, реже, вихреобразно. Менее типичные узелки имеют неправильные очертания и беспорядочное расположение волокон. Узелки формируются большей частью периваскулярно и перибронхиально, в центре узелка, иногда — эксцентрически, видны деформированные сосуды или бронхиолы, функция которых нарушается. Постепенно в центре узелка происходят некротические изменения, в крупных узлах могут формироваться и обширные участки распада, затем — кониотические каверны. В некротизированные участки может откладываться известь.

Пылевые частицы остаются преимущественно на периферии узелка, в зоне клеточной пролиферации, обеспечивающей его распространение. Вместе с тем и пыль, «замурованная» в склерозированном центре, может транспортироваться оттуда макрофагами в новые участки легочной ткани и стимулировать образование в них кониотических узелков. Узелки развиваются и в перибронхиальных и периваскулярных лимфатических фолликулах, а также на месте периваскулярных лимфатических сосудов (пневмокониотический лимфангит).

Интерстициальный продуктивный процесс всегда сопутствует узелковому фиброзу. Если узелки отсутствуют или обнаруживаются в очень небольших количествах, принято говорить об интерстициальной форме пневмокониоза. Продуктивный межуточный процесс может быть распространенным и резко выраженным, проявляясь утолщением альвеолярных перегородок, перибронхиальным и периваскулярным фиброзом. При слиянии узелков, на месте ателектазов, пневмонических фокусов, при осложнении туберкулезом могут формироваться крупные узлы, занимающие значительную часть легочной ткани вплоть до доли легкого. Они бывают одно- и двусторонними, их форма и контуры непостоянны.

Как узелковому, так и интерстициальному фиброзу сопутствует эмфизема, вначале мелкоочаговая, а по мере прогрессирования процесса все более выраженная и распространенная, особенно по краям легких, где она приобретает подчас буллезный характер. Кониотический процесс довольно быстро захватывает плевру, в висцеральном, а затем и париетальном листках которой развиваются характерные фиброзные изменения.

Помимо описанных изменений в легочной ткани, при пневмокониозах со значительным постоянством обнаруживается вначале гипертрофический, а затем атрофический и склеротический процесс в слизистой оболочке верхних дыхательных путей и бронхов. Изменения бронхиол имеют двоякое происхождение: прежде всего формируется фиброз в наружной оболочке их стенок — в перибронхиальных и периваскулярных лимфатических пространствах, распространяющийся затем и на средний мышечный слой вплоть до подслизистого слоя. Одновременно развивается процесс в слизистой оболочке. Кониотический бронхит морфологически представляет собой фиброзирующий перимезобронхобронхиолит в сочетании с деструктивно-атрофическим обструктивным эндобронхобронхиолнтом.

В сердце выявляется гипертрофия мускулатуры, преимущественно правой его половины. В отдельных случаях типичные кониотические узелки можно обнаружить в ткани костного мозга, селезенки, еще реже — в других органах и тканях.