Фагоцитоз являє собою філогенетично найбільш давню імунну реакцію і є першою реакцією імунної системи на впровадження чужорідних антигенів, які можуть надходити в організм у складі бактеріальних клітин або вірусних частинок, а також у вигляді високомолекулярного білка або полісахариду. Макрофаги і моноцити - стародавні клітини імунної системи. Останні є тими, які циркулюють в периферичної крові попередниками макрофагів, функції яких різноманітні і не вичерпуються потребами імунного захисту організму.
Вперше на захисну функцію макрофагів вказав І. І. Мечников, який відкрив явище фагоцитозу і отримав за це Нобелівську премію 1908 г. Нині відома інша фундаментальна роль макрофагів - уявлення цими клітинами антигенів лімфоцитів. Без цієї функції макрофагів неможливо специфічне розпізнавання чужорідного антигену. Крім того, макрофаги є продуцентами численних медіаторів імунних реакцій (інтерлейкіни, простагландини), а також білків системи комплементу.
Основою еволюційного становлення фагоцитозу як імунологічного феномена з'явилася травна функція. Предкові одноклітинні організми поглинали і переварювали чужорідні речовини зовнішнього середовища з метою харчування. Такий тип харчування зберігся у сучасних протозоа, губок і кишковопорожнинних. Джерелом живлення, можливо, служили не тільки неструктуровані речовини, але і прокаріоти, серед яких зустрічається багато патогенних мікроорганізмів. Незважаючи на вдосконалення в філогенезі механізмів специфічного імунного захисту, фагоцитарна функція амебоцитів-макрофагів збереглася в еволюції від одноклітинних до вищих багатоклітинних, включаючи ссавців.
Мал. 8.6 Основні фази фагоцитозу (1-8) і знищення бактерії
синуси лімфатичних вузлів. Моноцитарна походження мають мезангіальної клітини ниркових клубочків, мікрогліальні клітини мозку і остеокласти кісткової тканини. Моноцити, як правило, мігрують в тканини дифузно, хаотично. У разі появи клітин, які мають чужорідну інформацію, виникає хемотаксичний сигнал, що направляє і прискорює рух моноцитів з кровотоку і навколишніх тканин. Макрофаги і деякі інші клітини МФС живуть близько 2 місяців, а деякі субпопуляції - багато років. Вважають, що саме цими довгоживучими клітинами визначається довічна фіксація татуювання і «чорне легке» курців. Позасудинний пул клітин МФС перевищує пул моноцитів циркулюючих в крові, приблизно в 25 разів. Найбільш багаті ними печінку, легені, селезінка. У багатьох тканинах (наприклад, в м'язових) щільність розташування макрофагів виключно низька.
Механізм фагоцитозу одноманітний і включає 8 послідовних фаз (рис. 8.6): 1) хемотаксис (спрямований рух фагоцити до об'єкта), 2) адгезія (прикріплення до об'єкту), 3) активація мембрани (актин-міозіновой системи фагоцити), 4) початок власне фагоцитозу, пов'язане з утворенням навколо поглинається частки псевдоподий, 5) освіту фагосоми (поглинається частка виявляється укладеної в вакуоль завдяки насування на неї плазматичноїмембрани фагоцити подібно застібці-блискавки, 6) злиття фагосоми з лізосомами, 7) знищення і перев Рівань, 8) викид продуктів деградації з клітки.
Фагоцитозу часто передує процес опсонізації (від грец. Opsoniazo - постачати їжею, живити) об'єкта (клітини, що несе чужорідну інформацію). Ініціатором цього процесу є утворення на поверхні клітини комплексу антиген-антитіло. Опсонізація забезпечується присутністю невеликої кількості в організмі молекул антитіл ( «нормальні антитіла»). Антитіла, що локалізуються на поверхні чужорідної клітини, стимулюють активацію і приєднання до них білків системи комплементу. Утворився комплекс діє як активатор інших стадій фагоцитозу, стимулює прямо або за посередництвом інших клітин утворення речовин, що підсилюють ефект опсонізації чужорідної клітини.
Хемотаксис. Чужорідні клітини (опсонізовані або неопсонізірованние) посилають в навколишнє середовище хемотаксические сигнали, в напрямку яких фагоцит починає рухатися. Як хемотаксичних факторів розглядається цілий ряд речовин, в тому числі продукти метаболізму мікроорганізмів. Вважається, що на ранніх етапах еволюції кожен з цих факторів діяв самостійно. У вищих організмів, в тому числі у людини, всі вони діють в комплексі, послідовно включаючись і підсилюючи один одного. Пусковим фактором є комплекс антиген-антитіло, що визначає високу специфічність сумарного хемотаксического сигналу. На цей сигнал приходять перші фагоцитирующие елементи, які, активуючи інші імунокомпетентні клітини, стимулюють їх до вироблення медіаторів, підсилюють хемотаксис. Далі хемотаксичний потенціал посилюється за рахунок новостворених антитіл, посилення утворення комплексів антиген-антитіло, а також ряду факторів, що утворюються при руйнуванні макрофагами судин і тканин в запальному вогнищі. Цей хемотаксичний сигнал другого порядку (розвиненого вогнища запалення) забезпечує підтримку в ньому активної роботи за рахунок надходження нових порцій імунокомпетентних клітин. Досягнувши вогнища запалення, макрофаг зупиняється під впливом фактора гальмування міграції лейкоцитів, що виробляється Т-лімфоцитами-хелперами. Зникнення в вогнищі запалення чужорідних антигенів, початок процесів регенерації веде до різкого зменшення хемотаксического стимулу і появи продуктів, що представляють собою негативний хемотаксичний сигнал. В результаті цього нові фагоцити перестають мігрувати в запальний осередок, а що залишилися життєздатні розсіюються по всій тканини.
Адгезія. Акт адгезії включає дві фази: розпізнавання чужорідного (специфічний процес) і прикріплення, або власне адгезію (неспецифічний процес). Адгезія фагоцитуючої клітини до об'єкта фагоцитозу відбувається вкрай повільно в тому випадку, якщо відсутнє попереднє специфічне розпізнавання чужорідних клітин. У вищих організмів адгезія практично завжди йде з включенням специфічного компонента. Для активації цього процесу необхідна невелика кількість імуноглобулінів, які постійно присутні в організмі як нормальні антитіла.
Захоплення (власне фагоцитоз). Важлива роль в здійсненні цього етапу фагоцитозу належить специфічним компонентів імунної реакції. Відомо, що захоплення неопсонізірованних частинок йде повільно, причому частина з них взагалі не фагоцитируется. Найбільш сильними опсонінами є імуноглобуліни. Специфічність в здійсненні фагоцитозу з'являється в ході еволюції як надбудова, фізіологічно пов'язана з уже наявною імунною системою. У процесі фагоцитозу плазматична мембрана макрофагів за допомогою освічених нею виступаючих складок захоплює об'єкт фагоцитозу і обволікає його. Утворюється при цьому невелика вакуоль називається фагосомою. Надалі фагосома відривається від поверхні мембрани і переміщається в цитоплазму.
Кіллінг (вбивство). У фагосоме захоплена чужорідна клітина гине. Для здійснення киллинга макрофаг продукує і секретує в фагосому реакційно здатні похідні кисню.
Перетравлення. Останній етап фагоцитозу - перетравлення захопленого і убитого матеріалу. Для цього з фагосомою, що містить об'єкт фагоцитозу, об'єднуються лізосоми, які містять більше 25 різних ферментів, в число яких входить велика кількість гідролітичних ензимів. У фагосоме відбувається активація всіх цих ферментів, так званий метаболічний вибух, в результаті якого фагоцитований об'єкт перетравлюється. Частина молекул антигену при цьому руйнується не повністю, їх антигенна активність може істотно зростати. Далі фагосома із залишковим антигеном викидається на поверхню клітини, вивільняючи імуногенний антиген, що має важливе значення для індукції лімфоцитами специфічної імунної відповіді.
Нейтрофіли. Головний бар'єр проти мікробних інфекцій представляють нейтрофіли - популяція лейкоцитів, інакше звана мікрофагами, або мікрофагоціти. Вони мають багато спільного з іншими форменими елементами крові гемопоетичного стволового попередника. У крові людини нейтрофіли домінують серед інших лейкоцитів. Вони являють собою неделящиеся короткоживучі клітини з сегментованим (більш зрілі сегментоядерні нейтрофіли) і несегментовані (менш зрілі паличкоядерні нейтрофіли) ядром і набором гранул, що розрізняються по морфології, гістогенезом, біохімічним складом, щільності і швидкості функціональної мобілізації. Приблизно 70% нейтрофілів не циркулюють в крові, а прикріплені до ендотелію судин. Головний резервуар пристінкових нейтрофілів - мікросудини легких: число депонованих тут клітин в кілька разів перевершує кількість циркулюючих нейтрофілів.
Термін перебування нейтрофілів в кровотоці становить близько 6,5 год. Далі нейтрофіли, проникаючи через ендотелій судин, потрапляють в тканини, де і закінчують своє існування протягом 3-5 діб, здійснюючи свої ефекторні функції, дуже схожі на ті, які притаманні макрофагів. Значна частина нейтрофілів приходить до епітелію слизових оболонок і, проникаючи через нього, закінчує свій життєвий цикл в слизовому надепітеліальном шарі (термін життя таких нейтрофілів обчислюється годинами).
У нейтрофілів відомі три типи гранул: первинні азурофільние гранули, які містять миелопероксидазу, невелика кількість лізоциму і набір катіонних білків; вторинні «специфічні» гранули, які містять лактоферин, лізоцим і білок, що зв'язує вітамін B 12; третинні гранули (найдрібніші гранули, або С-частинки), що містять кислі гідролази, а також практично всю желатіназную активність нейтрофіла. Дегрануляція нейтрофілів може бути істинною, коли гранули цілком виштовхуються з клітини (екзоцитоз), але частіше з гранул виділяються тільки розчинні компоненти і має місце вторинне запустевание гранул (так звана секреторна дегрануляция). Великі запаси глікогену, який може бути використаний при гліколізі, дозволяють нейтрофилам існувати в анаеробних умовах.
Основною функцією нейтрофілів є знищення чужорідних клітин або речовин біополімерного природи шляхом фагоцитозу. Цю функцію нейтрофіли здійснюють тільки після виходу їх із судинного пулу. Процес фагоцитозу, здійснюваного нейтрофілами, складається з тих же самих етапів, які вище описані для макрофагів. На відміну від макрофагів, нейтрофіли можуть фагоцитировать чужорідну клітку або частку тільки один раз, після чого вони гинуть.
Хемотаксис нейтрофілів обумовлений в основному продуктами життєдіяльності бактерій або денатурованими білками зруйнованих клітин власного організму, т. Е. В певній мірі ця стадія фагоцитозу є специфічною. Сумарний хемотаксичний ефект посилюється численними факторами різноманітної природи, активуються на початку руйнування чужорідного. Сам нейтрофіл, будучи активованим на початку фагоцитозу, також виділяє ряд хемотаксичних факторів. Завдяки каскадному посилення хемотаксического сигналу до місця руйнування об'єкта фагоцитозу залучається велика кількість нейтрофілів.
Знищення чужорідних клітин фагоцитами (макрофагами і нейтрофілами). Стимуляція різко змінює метаболічний профіль фагоцитуючих клітин. До найбільш вираженим зрушенням відноситься різке збільшення споживання глюкози в реакціях гексозомонофосфатного шунта (ГМФШ), що генерує НАДФ • Н для відновлення молекулярного кисню на мембранах цитохрому b -245. Якщо в спочиваючому нейтрофілів подібним чином утилізуються лише 1-2% глюкози, то стимульований нейтрофіл здатний окислити до 30% глюкози. Одночасно зростає споживання кисню і утворення оксидантів з потужним енергетичним потенціалом. цей процес
називають респіраторним вибухом.
В результаті респіраторного вибуху утворюються потужні бактерицидні агенти: супероксидний аніон (О2 -), перекис водню H2 02), синглетний кисень (1 O2), гідроксильні радикали (ОН -). Поєднання перекису водню, мієлопероксидази і іонів галогенів створює потужну систему галогенування, що приводить до появи вкрай агресивних вторинних метаболітів: гіпохлорной кислоти (НОСl), хлораміну, продуктів перекисного окислення ліпідів (ПОЛ). Ключовим вважається супероксидний аніон, з якого бере початок каскад активних форм кисню і пов'язаних з ним феноменів. Надлишок енергії реалізується шляхом виділення тепла, підвищеної хімічної активністю (звідси висока біопідность), або емісією квантів світла (хемілюмінесценція).
Кіслороднезавісімие механізми. При дисмутації супероксидного аніону споживаються іони водню і злегка підвищується рН, це створює оптимальні умови для функціонування сімейства катіонних білків. Ці білки, що мають високу ізоелектричної точки, руйнують бактеріальну стінку за рахунок протеїназного ефекту і за рахунок безпосереднього приєднання до поверхні мікроорганізму. Низькі значення рН, що встановлюються після злиття фагосоми з лізосомами, лізоцим і лактоферин є Кіслороднезавісімие бактерицидні і бактеріостатичні фактори, які можуть діяти в анаеробних умовах. Убиті мікроорганізми розщеплюються гидролитическими ферментами, і продукти деградації вивільняються з фагоцитарної клітини.
Різні форми реактивності фагоцитів забезпечуються і проявляються нерідко незалежно один від одного. При хронічному грануломатозе макрофаги і нейтрофіли в зв'язку з дефектом цитохромов b-245 не здатні утворювати активні метаболіти кисню. Це супроводжується тим, що бактерії фагоцитуються, але не знищуються в клітинах. Крім того, відомо, що багато мікроорганізмів містять у великій кількості каталазу і можуть легко инактивировать продукуються фагоцитами перекис водню. Фагоцити, дефектні по глюкозо-6-фосфатдегідрогенази, не здатні продукувати активні метаболіти кисню і захищати організм від бактеріальних інфекцій. При синдромі «ледачих лейкоцитів" порушена реакція нейтрофілів на хемотаксические сигнали.