Общая характеристика морфологических и функциональных особенностей фагоцитарных клеток

Процесс фагоцитоза обеспечивается клетками-фагоцитами при наличии фагоцитабельного объекта в определенных условиях среды. В зависимости от локализации выделяют внутрисосудистый и тканевой фагоцитоз, который может быть завершенным и незавершенным. Завершенный фагоцитоз заканчивается полным уничтожением чужеродного объекта и обусловливает развитие высокой резистентности к действию инфекционных патогенных факторов. Незавершенный фагоцитоз не обеспечивает противомикробной защитной функции, способствует генерализации и персистенции инфекции.

В зависимости от размеров чужеродных частиц различают истинный фагоцитоз, которому подвергаются объекты от 0,5 до 50 мкм; ультрафагоцитоз, возникающий при размере объекта менее 0,01 мкм, и пиноцитоз — менее 0,001 мкм.

Все клетки, обладающие способностью к фагоцитозу, делятся на две группы: микрофаги и макрофаги. К микрофагам относятся полиморфноядерные лейкоциты (нейтрофилы, эозинофилы, базофилы). Группу макрофагов составляют моноциты костного мозга и крови, свободные и фиксированные макрофаги тканей.

Среди микрофагов наиболее выраженными фагоцитарными свойствами обладают нейтрофильные гранулоциты. Цитоплазма нейтрофилов слабооксифильна, в ней содержится мелкая зернистость. Продолжительность жизни нейтрофилов — около 8 суток. При этом в кровяном русле они находятся 8–12 часов, а далее выходят в соединительную ткань, где проявляется их максимальная функциональная активность. Нейтрофилы обладают высокой способностью к фагоцитозу. Фагоцитарная активность количественно выражается процентом фагоцитирующих клеток и фагоцитарным индексом (количество частиц, поглощенных одной клеткой).

Фагоцитарная активность эозинофилов ниже, чем нейтрофилов. Они фагоцитируют грибы, бактерии, иммунные комплексы, принимают участие в защитных реакциях организма на чужеродный белок, в аллергических (анафилактических и атопических) реакциях. Эозинофилы инактивируют гистамин с помощью гистаминазы, фагоцитируют гистаминсодержащие гранулы, выделяемые базофилами и тучными клетками, адсорбируют гистамин на цитолемме, содержащей специфические рецепторы к гистамину. Кроме того, они вырабатывают фактор, тормозящий освобождение гистамина из базофилов и тучных клеток. Характерным признаком эзинофилов является наличие оксифильных гранул, содержащих основной белок, богатый аргинином, связывающий и нейтрализующий гепарин, обладает антигельминтозной активностью.

Содержание эозинофилов в крови в течение суток колеблется (максимум — в ночные часы, минимум — в утренние), что связано с изменениями уровня гидрокортизона. Время нахождения эозинофилов в крови 3–8 часов; в последующем они мигрируют в соединительную ткань органов, где функционируют.

Цитоплазма базофилов заполнена крупными гранулами, содержащими кислый гликозаминогликан, — гепарин, гистамин, пероксидазу, кислую фосфатазу, гистидиндекарбоксилазу и др. Помимо специфических, они содержат и азурофильные гранулы. Фагоцитарная активность базофилов выражена слабо. Базофилам пренадлежит важная роль в развитии аллергических реакций гуморального типа (атопических, анафилактических).

Моноциты и макрофаги являются основными клетками мононуклеарно-фагоцитирующей системы (МФС). Моноциты циркулирующей крови относятся к группе незернистых лейкоцитов и представляют собой подвижный пул относительно незрелых клеток, трансформирующихся в тканевые макрофаги по мере миграции их из кровотока. Время пребывания моноцитов в крови от 36 до 104 часов.

В разных органах и тканях макрофаги имеют свои особенности и их обозначают различными терминами. Так, макрофаги соединительной ткани называются гистиоцитами; печени — звездчатыми ретикулоэндотелиоцитами (купферовские клетки); легких — альвеолярными макрофагами; лимфатических узлов и селезенки — свободными и частично фиксированными макрофагами; серозных оболочек — перитонеальными и плевральными макрофагами; костной ткани — остеокластами; нервной системы — микроглиальными клетками. К макрофагам костного мозга относятся монобласты и промоноциты. Несмотря на некоторые структурные различия, все перечисленные клетки объединяют не только общность происхождения из стволовой клетки, но и высокая метаболическая и фагоцитарная активность. Различают две основные формы макрофагов — свободные и фиксированные. Свободные макрофаги рассеяны по всему организму. Среди них выделяют макрофаги соединительной ткани, серозных полостей, легочные макрофаги, макрофаги воспалительных экссудатов. Макрофаги воспалительного экссудата и инфильтрата представлены главным образом моноцитами, мигрирующими в очаг воспаления из кровяного русла.

Фиксированные макрофаги встречаются в соединительной ткани, в печени, селезенке, костном мозге, лимфатических узлах, ЦНС, синовиальных оболочках, костях. Фиксированные макрофаги печени (купферовские клетки) выстилают синусоиды печени и выступают в их просветы. Эти клетки обладают большой фагоцитарной активностью, их цитоплазма богата лизосомами, содержит кислую фосфатазу, гликопротеазы и др. Поверхность клетки имеет многочисленные пальцевидные псевдоподии, число и размеры которых увеличиваются при действии альтерирующих факторов инфекционного и неинфекционного происхождения.

Монокины — гетерогенная группа соединений с различной биологической активностью. К числу монокинов относятся следующие группы веществ:

1) медиаторы воспаления и аллергомодуляции (ИЛ-1, фактор некроза опухоли, интерферон, лизоцим, фактор активации нейтрофилов, компоненты системы комплемента — С1, С2, С3, С5 и др.);

2) факторы свертывающей системы крови, активаторы и ингибиторы фибринолиза, V, VII, IX, X плазменные факторы свертывания крови;

3) факторы роста, в частности различные колониестимулирующие факторы, активирующие гемопоэз в костном мозге, фактор роста фибробластов.

Помимо описанных выше рострегулирующих факторов, макрофаги секретируют в окружающие их ткани:

1) ферменты, влияющие на внеклеточные процессы: лизосомальные ферменты, активатор плазминогена, коллагеназу, эластазу;

2) лизоцим, белки комплемента (С2, С3, С4), интерферон, простагландины, монокины, цитотоксин против опухолевых клеток.

Интенсивность секреции зависит от активности фагоцита. Макрофаг, как и нейтрофил, является полифункциональной клеткой, обеспечивающей не только развитие резистентности против бактериальных, вирусных и паразитарных агентов. Макрофаги принимают участие в противоопухолевом иммунитете, гранулопоэзе, пролиферации стволовых клеток, в поддержании антигенно-структурного гомеостаза и осуществлении иммунного надзора за внутренней средой организма.

Гормональная и гуморальная регуляция процесса фагоцитоза. Интенсивность и эффективность процесса фагоцитоза во многом зависят от условий среды, в которых происходит взаимодействие фагоцита с чужеродным корпускулярным объектом. При этом имеют значение онкотическое, коллоидно-осмотическое давление среды, концентрация водородных ионов, наличие в среде гормональных и гуморальных факторов, регулирующих интенсивность фагоцитоза.

Важная роль в регуляции фагоцитоза в иммунном организме отводится опсонинам.Опсонины — компоненты плазмы крови, способные осаждаться на поверхности чужеродного объекта и делать его более фагоцитабельным. В отсутствие опсонинов фагоцитоз может приобретать незавершенный характер. Известны три категории опсонинов.

1. Термолабильные опсонины, которыми являются компоненты комплемента, проявляющие свои свойства при классическом или альтернативном путях активации. Считается, что основной опсонический компонент комплемента — субкомпонент С3b. Вместе с тем известно об опсонических свойствах С4b и С5b. Опсоническими свойствами обладают также термолабильные 1-a и b-глобулины; коопсонин, повышающий фагоцитоз стрептококков группы А; сывороточный 2-НS-гликопротеид; С-реактивный белок; фибронектин и др.

2. Термостабильные опсонины в основном относятся к классу иммуноглобулинов, поэтому гипериммунная сыворотка обладает большей опсонизирующей активностью, чем нормальная. Опсонические иммуноглобулины у человека представлены IgG₁ и IgG₃, связывающимися с нейтрофилами, моноцитами и макрофагами, а также IgM, опсоническая активность которого в несколько сот раз превышает активность IgG, и агрегированными IgA_l и IgA₂.

3. Опсонический фактор тафтсин, который является тетрапептидом активного центра антител — треонин-лизин-пролин-аргинином.

При анализе гормональной регуляции активности фагоцитоза остается много неясного. Известно, чтотироксин и половые гормоны повышают активность фагоцитоза. В частности, эстрогены и их синтетические аналоги индуцируют гиперплазию элементов МФС в печени за счет купферовских клеток.

При повышении концентрации глюкокортикоидов происходят сложные изменения цитокинетики внутри МФС. Большие дозы гидрокортизона тормозят гистиомоноцитарную реакцию в очагах воспаления, а также способствуют незавершенности фагоцитоза, так как препятствуют дегрануляции лизосом. МФС претерпевает перестройку и под влиянием нейромедиаторов. Известно, что адреналин активирует АМФ-циклазу и создает условия для накопления цАМФ в клетках. В то же время в опытах in vitro продемонстрировано, что интенсивность фагоцитоза находится в обратной зависимости от уровня цАМФ в макрофагах. Однако физиологические дозы адреналина могут повышать интенсивность фагоцитоза за счет:

- выброса лейкоцитов из депо и развития перераспределительного лейкоцитоза;

- усиления выработки лейкопоэтина, под влиянием которого возникает истинный лейкоцитоз;

- активации фосфорилаз, повышения интенсивности гликолиза, что обеспечивает активацию всех энергозависимых процессов в фагоцитах.

Ацетилхолин и холинэргические препараты, повышающие уровень внутриклеточного циклического гуанозинмонофосфата, стимулируют фагоцитоз.

Наличие в среде лейкотоксинов и антифагинов, вырабатываемых некоторыми микробами (например, возбудителями анаэробной газовой гангрены), оказывает отрицательное влияние на процесс фагоцитоза вследствие развития отрицательного хемотаксиса фагоцитов, а также нарушения их функциональных свойств.

 

Стадии процесса фагоцитоза

Выделяют несколько стадий фагоцитоза: стадию приближения; стадию аттракции, включающую в себя опсонизацию, распознавание и прикрепление объектов фагоцитоза к фагоциту; стадию поглощения; стадию умерщвления жизнеспособных объектов; стадию переваривания нежизнеспособных объектов лизосомальными ферментами.

Стадия приближения фагоцита к объекту фагоцитоза. Хемотаксис представляет собой движение фагоцита по направлению к градиенту хемоаттрактанта (вещества, вызывающего хемотаксис). Например, нейтрофилы могут «чувствовать» изменение градиента хемоаттрактанта на 0,7 % на расстоянии 10 мкм (средний диаметр самой клетки). По-видимому, на поверхности фагоцита имеется большое количество рецепторов для хемоаттрактантов, в результате чего клетка способна «чувствовать» градиент хемотаксического сигнала по длине поверхности еще до того, как начнется ее движение. Это свидетельствует о том, что в фагоците локомоторный процесс начинается с вызывающих поляризацию внутриклеточных изменений, во время которых клетка еще остается неподвижной. Способность фагоцитов к хемотаксису очень важна для фагоцитоза, поскольку этот процесс начинается с эмиграции клеток к месту локализации патогенных бактерии, вирусов, тканевых повреждений.

При нарушении хемотаксиса суммарный фагоцитоз бактерий клетками в организме подавлен, что способствует развитию и злокачественному течению тяжелых инфекционных заболеваний.

Как известно, хемоаттрактанты делятся на цитотаксины, непосредственно реагирующие с фагоцитами, и цитотоксигены, индуцирующие появление эндогенных хемоаттрактантов.

Ряд авторов считают целесообразным разделять хемоаттрактанты на продукты специфических реакций в организме, представляющие собой компоненты комплемента С3а, С5а, С567, возникающие при классическом или альтернативном путях его активации; С3-конвертазу альтернативного пути; лимфокины; трансфер-фактор лимфоцитов; цитофильные антитела, соединившиеся с мембранными рецепторами фагоцита.

Другую группу составляют неспецифические эндогенные хемоаттрактанты — различные цитотаксины, выделяемые из поврежденных, инфицированных или активированных клеток, в том числе из фагоцитов; цитотаксигены этих клеток или бактерий (протеазы, протеиназы, эндотоксины); калликреин; плазминогенный активатор; фибринопептид В, образующийся в процессе свертывания крови; гидролизованные или агрегированные белки — IgG, коллаген, лейкоэгрезин, образующийся при расщеплении Fc-фрагмента IgG, a- и b-казеин молока; цАМФ и, возможно, некоторые простагландины.

Третья группа хемоаттрактантов — экзогенные хемоаттрактанты пептидной, липидной, липопротеидной природы, выделяющиеся в процессе жизнедеятельности различными микроорганизмами, — стафилококками, стрептококками, пневмо­кокками, эшерихиями, протеем.

Механизм взаимодействия хемоаттрактантов с фагоцитарной клеткой сложен и окончательно не установлен.

Предполагается существование на плазматической мембране фагоцитов специфических рецепторов для различных хемоаттрактантов.

Важную роль в фагоцитозе играет фибронектин — высокомолекулярный (молекулярная масса около 440 000 Да) гликопротеин, широко распространенный в соединительной ткани (нерастворимая форма) и имеющийся в a₂-глобулиновой фракции плазмы (растворимая форма).

Процесс движения начинается с образования псевдоподии — вытягивания участка цитоплазмы фагоцита в направлении частицы. На полюсе, обращенном к хемоаттрактанту, возрастает концентрация ионов кальция, которые снижают в этом участке жесткость цитоплазмы, и она движется в сторону повышенной жесткости на конце псевдоподии.

Стадия аттракции. Стадия аттракции включает опсонизацию, распознавание и прикрепление фагоцита к объекту фагоцитоза.

Процесс узнавания чужеродного объекта и его последующее прилипание к поверхности фагоцита в значительной степени осуществляется с помощью опсонинов сыворотки крови, обеспечивающих активацию фагоцитоза. Опсонины резко повышают скорость фагоцитоза и переваривания поглощенных бактерий, так как являются молекулярными посредниками при взаимодействии фагоцитов с чужеродными объектами.

Взаимодействие опсонизированных и неопсонизированных частиц с фагоцитами осуществляется через посредство специфических рецепторов, локализующихся на поверхности фагоцитирующих клеток, а также через неспецифические рецепторы.

Стадия поглощения. Поглощение частицы начинается с взаимодействия опсонинов, покрывающих частицу, и соответствующих специфических поверхностных рецепторов фагоцитов. Процесс соединения опсонинов с рецепторами при фагоцитозе обеспечивает последовательный охват частицы псевдоподиями со всех сторон наподобие движения застежки «молния», и частица погружается в цитоплазму вместе с окружающим участком плазматической мембраны, т.е. формируется фагосома. При интенсивном фагоцитозе вместе с частицами в цитоплазму может погрузиться до 50 % всей мембраны клетки, однако утраченная мембрана полностью ресинтезируется вместе с рецепторами за 4–8 часов.

Поглощение частиц — это активный энергозависимый процесс, стимулирующий выработку АТФ и ее распад, гликолиз и гликогенолиз в нейтрофилах и перитонеальных макрофагах и окислительное фосфорилирование в альвеолярных макрофагах.

Фагоцитоз сопровождается метаболическим, или дыхательным, «взрывом», проявляющимся в увеличении в 15 раз и более потребления кислорода и окисления глюкозы через гексозмонофосфатный шунт (ГМФШ). За счет окисления никотинамидадениндинуклеотидов и никотинамидадениндинуклеотидфосфатов образуются основные продукты восстановления кислорода — супероксидный анион-радикал и Н₂О₂.

Реакционные кислородные метаболиты могут выходить из фагосомы внутрь клетки и дальше за ее пределы, повреждать сам фагоцит и окружающие его клетки, поэтому фагоциты имеют сложную систему защиты, представленную каталазой, миелопероксидазой, глутатионпероксидазой, восстановленным глутатионом. У нейтрофилов в отличие от макрофагов существует относительный недостаток супероксиддисмутазы, фермента, который катализирует превращение супероксида в перекись водорода. Таким образом, нейтрофилы находятся во власти собственных супероксидов и поглощение микробов равносильно для них самоубийству.

Дыхательный взрыв сопровождается усилением метаболизма углеводов, липидов, синтеза РНК, повышением уровня циклического ГМФ, снижением синтеза белка и транспорта аминокислот.

Стадии киллинга (убиения) и переваривания. После формирования фагосомы, состоящей из поглощенной частицы и инвагинированной в цитоплазму цитоплазматической мембраны, происходит взаимное сближение фагосомы с лизосомами и первичными азурофильными гранулами и вторичными специфическими гранулами фагоцита. Сближение завершается контактом мембран, последующим повреждением слитой гранулярной мембраны и излиянием содержащихся в гранулах ферментов в фагосому. Такой процесс называется дегрануляцией, так как он сопровождается исчезновением изолированных гранул и формированием фаголизосом. При этом включаются многочисленные системы, как требующие кислорода, так и не зависящие от него, которые функционируют в фаголизосоме и обеспечивают убиение и последующую деградацию патогенных возбудителей.

Антимикробная система, требующая кислорода, функционирует в двух вариантах — с участием и без участия миелопероксидазы. Участие миелопероксидазы обеспечивает высокую активность в отношении бактерий, грибков, вирусов и микоплазм. Взаимодействие миелопероксидазы и перекиси водорода сопровождается образованием окислителей, окислением галоидов и галогенизацией, заключающейся в хлорировании, йодировании, бромировании различных мембранных компонентов микроорганизмов. При этом образуются бактерицидные ионы хлора, брома, йода, хлорамины, нитриты, бактерицидные альдегиды, синглетный кислород, которые блокируют многие ферментные системы бактерий.

Не зависящая от миелопероксидазы антимикробная система фагоцитов связана с описанным выше респираторным или метаболическим взрывом. Имеются сведения о проявлении микробоцидной активности супероксидного, гидроксильного радикалов, синглетного кислорода и перекиси водорода в фагоцитарной вакуоли и существенно усиливающейся под действием йодида.

К антимикробной системе, не зависящей от кислорода, относят лизоцим, лактоферрин, щелочную фосфатазу, неферментные катионные белки, фагоцитин и изменение рН среды фаголизосомы.

Процесс фагоцитоза не всегда заканчивается полным уничтожением чужеродного объекта, что обусловлено наличием различных антифагоцитарных факторов агрессии у возбудителей инфекционных заболеваний, а также врожденными или приобретенными изменениями структуры и функции лизосом, метаболическими особенностями лейкоцитов. В случае отсутствия фазы киллинга и переваривания фагоцитоз принимает характер незавершенного и, соответственно, не обеспечивает полноценного развития неспецифической резистентности и специфических иммунологических механизмов защиты.