Фагоцитарное звено иммунитета что это
Русский биолог И.И.Мечников является основоположником теории иммунитета. Им разработана фагоцитарная теория иммунитета, которая объясняет сложную работу системы иммунитета.
Мечников изучал, как ведут себя различные возбудители в лейкоцитах (защитных клетках крови) человека и обезьян. Многочисленные опыты стали основой для создания теории фагоцитоза, предложенной учёным.
Илья Ильич Мечников
Согласно теории, все клетки человеческого организма, которые участвуют в фагоцитозе, можно разделить на макрофаги и микрофаги.
К микрофагам относятся гранулярные лейкоциты (базофилы, нейтрофилы), это клетки крови. Макрофаги – это подвижные лейкоциты (клетки селезенки, лимфы, моноциты) и неподвижные (эпителиальные клетки, выстилающие изнутри стенки сосудов, клетки пульпы селезенки).
Основа фагоцитарной теории
В основу фагоцитарной теории Мечников положил три основных свойства фагоцитов.
- Фагоциты способны защищать и очищать от токсинов, от инфекций, от продуктов распада тканей.
- Фагоциты представляют (располагают) антигены на мембране клетки.
- Фагоциты обладают способностью секретировать ферменты и биологически активные вещества.
В процессе фагоцитоза выделяют пять стадий:
- Активация или ускорение энергетического обмена. Вызвать активацию могут бактериальные продукты, компоненты комплемента, антитела и цитокины.
- Хемотаксис – направленное движение фагоцита к чужеродной клетке или организму.
- Адгезия – присоединение к опасному агенту.
- Эндоцитоз – поглощение фагоцитом чужеродного агента и переваривание его.
- Исход фагоцитоза.
Адгезия становится возможной благодаря рецепторам на поверхности фагоцитов. Это могут рецепторы к фрагментам Fc иммуноглобулинов, к фибронектину, к компонентам системы комплимента. Кроме того, образуются специальные опсонины – вещества, которые обволакивают микроорганизм, к которому присоединяется фагоцит, и ограничивают его подвижность.
Фагоциты имеют псевдоподии – это отростки мембраны клетки, которые напоминают ножки у амёб. Этими ложноножками фагоцит окружает бактерию и поглощает её, образуется фагосома. Затем к такой фагосоме присоединяется лизосома, в которой находятся ферменты, способные к перевариванию клеточных структур. Формируется фаголизосома.
Фагоцит
Известно несколько исходов фагоцитоза: фагоцитоз завершенный, фагоцитоз незавершенный, процессинг антигенов. При завершенном фагоцитозе захваченный микроорганизм полностью переваривается внутри клетки-фагоцита.
Незавершенный фагоцитоз сопровождается выживание микроорганизмов в фагоците, иногда их размножением. Такой механизм характерен для внутриклеточных облигатных паразитов.
Причин, почему микроорганизмы не погибают в фагоците, несколько. Токсоплазма, вирус гриппа, микобактерии способны блокировать слияние фагосомы с лизосомой.
Ферменты не поступают в фагоцит и переваривание не наступает. Стафилококки и гонококки устойчивы к действию лизосомальных ферментов. Риккетсии умеют быстро покидать фагосому, которая их поглотила, и длительно находиться в цитоплазме.
Бактерицидный эффект (способность убивать микроорганизмы) фагоцитов объясняется тем, что при фагоцитозе происходит «окислительный взрыв», в результате которого образуется много активных форм кислорода. Они полностью уничтожают бактерии.
Макрофаги способны не только участвовать в фагоцитозе, двигаться к чужеродному организму, уничтожать его, секретировать биологически активные вещества, но и перерабатывать антиген, а затем предоставлять его специальным иммунокомпетентным клеткам. Эти клетки «запоминают» представленный антиген, чтобы при повторном его попадании суметь ответить должным образом.
В результате фагоцитоза не только уничтожается чужеродный организму биологический объект, но и происходит распознавание его антигенов для дальнейшего запуска иммунных реакций и реакций воспаления.
Механизмы иммунитета:
механизм клеточного иммунитета (фагоцитоза);
механизм гуморального иммунитета (образование комплекса антиген-антитело)
Фагоцитоз
В конце XIX века русский биолог И. И. Мечников в период своей работы в Институте Пастера (Париж) занимался изучением роли клеток в осуществлении иммунных реакция.
Фагоцитоз, процесс поглощения чужеродного материала, является защитной реакцией, для которой не требуется специфичности, характерной для синтеза антител. С точки зрения эволюции, это — самый древний механизм защиты, присущий всем живым организмам, начиная с простейших.
Мечников изучал фагоцитоз на морских беспозвоночных (губках и кишечнополостных), наблюдая, как подвижные амёбовидные клетки поглощают частицы угля, попавшие в организм.
Оказалось, что открытое И. И. Мечниковым явление свойственно и человеку. Именно фагоцитоз и осуществляющие его клетки иммунной системы — нейтрофилы и Т-лимфоциты — осуществляют клеточный неспецифический иммунитет.
Фагоциты способны связывать микроорганизмы и антигены на своей поверхности, а затем поглощать и уничтожать их. Эта функция основана на простых механизмах распознавания, позволяющих связывать самые разнообразные микробные продукты, и относится к проявлениям врождённого иммунитета (рис. 1).
Рис. 1. Механизм клеточного иммунитета
Механизм воспалительной реакции
Клетки крови и соединительной ткани участвуют в защитной неспецифической реакции на любое повреждение или внедрение инородного тела. В данной иммунной реакции участвуют тучные клетки (тканевые базофилы).
Они выделяют гистамин и гепарин, которые вызывают повышение проницаемости стенки капилляров. Расширяются капилляры, усиливается кровоток (гиперемия).
Лейкоцитарная фаза воспалительной реакции. Нейтрофилы в большом количестве выходят из кровеносных сосудов в зону повреждения. Они образуют вокруг инородного тела лейкоцитарый вал (через 5-6 часов). Нейтрофилы фагоцитируют микроорганизмы, токсические вещества и быстро погибают.
Макрофагическая фаза воспалительной реакции. Моноциты выходят из кровеносных сосудов в зону повреждения — в ткань и превращаются в макрофаги. Образовавшиеся макрофаги мигрируют в зону вала и там фагоцитируют разрушенные, погибшие клетки, инородные частицы и погибших нейтрофилов.
Фибробластическая фаза воспалительной реакции. Фибробласты (клетки соединительной ткани) активно деляться в зоне воспаления. Они образуют коллагеновые волокна, которые выталкивают инородное тело на поверхность, или формируют вокруг него соединительнотканную капсулу, отграничивающую его от окружающей ткани.
Механизм гуморального иммунитета
В настоящее время известно, что B-лимфоциты программируются в кроветворной (миелоидной) ткани костного мозга, а T-лимфоциты — в корковом веществе тимуса. В процессе программирования на плазмалемме появляются белки-рецепторы, комплементарные определенному антигену. Связывание данного антигена с рецептором вызывает каскад реакций, которые приводят к пролиферации (делению) данной клетки и образованию множества потомков, реагирующих только с данным антигеном. Одним из важнейших свойств иммунной системы является иммунологическая память.
Гуморальный иммунитет состоит из следующей цепочки реакций:
В-лимфоцит распознает поверхностными рецепторами специфические антигены (определенные бактерии, вирусы и т. п.).
При участии Т-лимфоцита-хелпера В-лимфоцит преобразуется в плазматическую клетку (плазмоцит) и клетку памяти (рис. 2).
Клетка памяти при повторном вторжении данного антигена будет вызывать очень мощный вторичный иммунный ответ, противостоящий повторному заболеванию.
Плазмоцит несет на клеточной мембране антигенспецифичные рецепторы, которые при контакте с конкретным антигеном превращаются в антитела.
Антитела специфично контактируют с антигеном, образуя комплекс антиген-антитело (иммунный комплекс).
Далее возможно несколько вариантов событий:
дезактивация антигенов (например, лишение бактерий подвижности, растворение клеточной стенки бактерии и т. п.);
слипание антигенов;
осаждение растворимых антигенов (если комплекс антиген-антитело нерастворим);
изменение конформации антигена и потеря его химической активности (например, обезвреживание токсинов);
привлечение фагоцитов для поглощения антигенов.
Рис. 2. Механизм гуморального иммунитета
Для реализации иммунного ответа недостаточно лишь Т- и В-лимфоцитов. Согласно современной трехклеточной схеме кооперации образование антител осуществляется благодаря совместной функции макрофага, T- и B- лимфоцитов. При этом макрофаг передает антиген В-лимфоциту, но лишь после воздействия T-хелперного фактора лимфоцит начинает размножаться и дифференцироваться в плазматическую клетку.
Фагоциты – это уникальная группа клеток в человеческом организме. Они одновременно являются частью иммунной и кровеносной систем, а также соединительной ткани. Их главная задача – защитить организм от мертвых клеток, инфекции и других патогенов. И для этого они используют уникальную, свойственную только им, функцию.
Общая характеристика фагоцитов
О существовании фагоцитов мир узнал в конце XIX века благодаря биологу Илье Мечникову. Ученый, наблюдая за плоскими червями и личинками морских звезд, обнаружил у них удивительное свойство: не имея рта, они способны поглощать и растворять разные вещества. В ходе наблюдения биолог предположил, что весь «фокус» – в особых клетках, которые содержатся в подопытных организмах. Оказалось, что эти клетки быстро перемещаются внутри личинок и поглощают все, что попадает в организм. Причем как обнаружил вскоре исследователь, открытые им клетки способны поглощать не только пищу. Мечников вонзил в тельце личинки морской звезды маленькую деревянную занозу и начал наблюдать в микроскоп за поведением удивительных клеток. Вскоре они скопились вокруг занозы и начали ее пожирать. Эти «прожорливые» клетки и есть фагоциты. Кстати, их название происходит от греческих слов, которые так и переводятся – «пожирать».
В ходе дальнейших исследований было обнаружено, что фагоциты продуцируются костным мозгом и содержатся в организме всех животных и людей. Они концентрируются в крови и почти всех тканях. В человеческих телах они представлены сразу в нескольких видах.
Как «работают» фагоциты в человеческом организме
Для человека фагоциты важны тем, что они защищают организм от бактерий, токсических веществ и некоторых вирусов. Некоторые из этой группы клеток способны продуцировать разные биоактивные вещества, стимулировать воспалительные реакции, а также активизировать работу других агентов иммунной системы. По сути, фагоциты – это вторая линия обороны организма от патогенов, которые через защитные барьеры все же проникли в организм. Процесс поглощения фагоцитарными клетками опасных для человека веществ называется фагоцитозом.
Чтобы было проще понять, как работают фагоциты в человеческом организме, следует вспомнить амебу – представителя одноклеточных, известного большинству со школьной программы. Как и амеба, фагоцит имеет так называемые ложные ножки, которыми обволакивает свою добычу и поглощает ее. Кстати, ученые предполагают, что амебы и фагоциты, с точки зрения эволюции, являются родственниками.
Когда в организм проникает патоген, фагоциты улавливают распространяющиеся от него химические вещества и направляются к ним. Когда патоген соприкасается с рецепторами фагоцита, происходит фагоцитоз. После того, как враждебное для организма вещество проникло внутрь фагоцитарной клетки, она использует окислители или оксид азота для уничтожения «врага». Остатки «съеденного» патогена фагоцит выбрасывает обратно на свою поверхность, после чего «переваренные» вещества проникают в лимфу и выводятся из организма.
Правда, в некоторых случаях фагоциты оказываются беспомощными перед «врагом». Такое обычно случается, когда патоген оказывается в месте, к которому фагоциты не способны добраться. Также некоторые «враги» могут продуцировать химические вещества, которые не дают фагоциту приблизиться к непрошенному гостю. Кроме того, иногда фагоцитарные клетки могут терять «работоспособность» из-за нарушений в иммунной системе.
Виды фагоцитов
Все фагоциты, которые присутствуют в человеческом организме, принято делить на две группы: так называемые непрофессиональные и профессиональные.
Профессиональные фагоциты
Профессиональные фагоцитарные клетки отличаются, так сказать, более узкой специализацией, то есть уничтожают только определенную категорию «врагов». Профессиональные фагоциты – это моноциты, макрофаги, нейтрофилы, дендритные и тучные клетки. Эта группа считается особо важной для защиты организма.
Моноциты
Мононуклеарные фагоциты, или моноциты, представляют собой разновидность лейкоцитов (белых кровяных клеток). От общего количества лейкоцитов они составляют от 3% до 8%. Их главная задача в организме – защищать кровь от патогенов. Но одним лишь уничтожением вредоносных микроорганизмов их роль не ограничивается. Если объяснять простым языком, то, помимо всего, моноциты для организма также являются неким информатором о том, что в кровь проник патоген. То есть как только моноцит обнаруживает в крови подозрительный объект, все остальные представители иммунной системы получают об этом известие и переходят, так сказать, в состояние полной боевой готовности. В кровоток моноциты попадают из костного мозга, который их и синтезирует. Эти клетки довольно быстро передвигаются и в сосудах остаются всего лишь от 24 до 48 часов, после чего проникают в другие ткани и превращаются в макрофаги.
Концентрация моноцитов в крови варьируется зависимо от возраста человека. Когда их количество завышено, это может быть признаком:
- бактериальной, вирусной или грибковой инфекции;
- лимфомы Ходжкина;
- язвенного колита;
- наличия опухоли;
- алкогольного повреждения печени;
- множественной миеломы;
- болезни Крона.
Недостаточное количество клеток из этой группы может быть связано с иммунными расстройствами – как врожденными, так и приобретенными (например, СПИД, атрофия костного мозга).
Макрофаги
Макрофаги – это также мононуклеарные клетки. В обычных условиях, когда организму ничто не угрожает, они не проявляют никакой активности. Но как только в организме начинается воспаление, макрофаги немедля перемещаются в его очаг. Там эти клетки уничтожают бактерии, а также органические и неорганические частицы, ставшие причиной воспаления. Кстати, гной, который образуется в месте воспаления, это погибшие лейкоциты, в том числе и макрофаги.
Нейтрофилы
Нейтрофилы, как и моноциты, являются представителями группы клеток-лейкоцитов. В кровотоке на долю нейтрофилов приходится от 50% до 75% всех лейкоцитов. Продолжительность жизни каждой клетки из этой группы – около 5 суток, затем на смену отмершим приходят новые. Их основная задача – предотвратить развитие инфекции.
Когда в организме все нормально, эти клетки живут в крови. Но как только они получают сигнал об опасности на каком-либо участке тела, им достаточно 30 минут для того, чтобы добраться до места проблемы. Оказавшись в эпицентре, они определяют патоген и поглощают его. Как и макрофаги, после выполнения своей миссии нейтрофилы гибнут и становятся частью гноя.
Современные лабораторные методы позволяют в точности определить количество нейтрофилов в организме. Если количество клеток ниже нормы, у человека можно заподозрить такие болезни как:
- лейкоз;
- анемию (злокачественную или гемолитическую);
- тяжелую бактериальную или вирусную инфекцию;
- инфекционные заболевания печени;
- гипертиреоз;
- акромегалию (чрезмерное продуцирование соматотропина – гормона роста);
- аутоиммунные заболевания (например, ревматоидный артрит), на фоне которых повреждаются лейкоциты или клетки костного мозга – в таком случае организм производит белки-антитела к нейтрофилам;
- гиперспленизм (увеличение селезенки);
- синдром Фелти;
- синдром Чедиака-Хигаси;
- дефицит витаминов группы B (в основном B12 и B9).
Дефицит нейтрофилов также может быть вызван приемом некоторых лекарств, например, антибиотиков или диуретиков. Снижение лейкоцитов, в том числе и нейтрофилов, случается у пациентов онкологических отделений, проходящих лучевую или химиотерапию.
Тревожный признак, если количество нейтрофилов в организме существенно превышает норму. Это может указывать на следующие болезни:
- лейкоз;
- гемолитическую анемию;
- рак;
- воспаление или острую инфекцию;
- общий или местный некроз тканей (например, инфаркт миокарда);
- острое кровотечение;
- подагру;
- уремию;
- гиперактивность коры надпочечников;
- синдром Кушинга (избыточное производство гормона кортизола).
Дендритные клетки
Свое название дендритные клетки получили из-за специфического строения. Они имеют множество разветвленных отростков, которые напоминают крону дерева (dendron). Клетки из этой группы в больших количествах содержатся в разных тканях человеческого организма. Их основное количество концентрируются в полостях органов, а также в близости к внешней среде, то есть в слизистых оболочках носа, желудка, в альвеолярных тканях легких. После полного созревания дендритные клетки проникают в лимфоидную ткань (лимфоузлы, миндалины, серозную оболочку, носоглотку) и усиливают активность лимфоцитов и макрофагов.
Тучные клетки (лаброциты)
Главная задача лаброцитов – активизировать воспалительные реакции в организме, ведь именно они являются сигналом для макрофагов, нейтрофилов и других фагоцитов, которые должны защитить организм от патогена-агрессора. Любое воспаление – это своеобразная команда к действию для всех присутствующих в организме фагоцитов. То есть лаброциты повышают активность разных групп фагоцитарных клеток и выполняют незаменимые функции, от которых зависит работа всей иммунной системы. Но сами тучные клетки также не лишены фагоцитарной активности. Они, как правило, специализируются на грамотрицательных бактериях.
Непрофессиональные фагоциты
Непрофессиональные фагоциты лишены направленного действия против конкретного вида патогена. Их фагоцитарная активность не столь выражена, как у профессиональных клеток. К этой группе принадлежат фибробласты, а также клетки внутренней выстилки сосудов и эпителия. Они реагируют на любой патоген, проникший в организм.
Функции фагоцитов
Фагоциты – незаменимое звено иммунной системы. Анализируя главные характеристики разных типов фагоцитарных клеток, можно решить, что их основная задача – защищать от инфекции. Но это далеко не единственная их функция. Они «пожирают» (процесс фагоцитоза) твердые частицы, которые в человеческом организме являются патогенными, очищают кровь, поддерживают здоровье внутренних органов и выполняют еще множество полезных функций.
1. Защита от инородных тел
Чтоб понять, как фагоциты выполняют эту функцию, достаточно вспомнить, что происходит, когда в тело вонзается заноза. Если ее сразу не удалить, то место вокруг инородного тела воспаляется и нагнаивается, а через некоторое время гной вместе с занозой вырывается наружу. Гной, как мы уже знаем, это отмершие фагоциты, которые таким образом создали ограждение для грязи и инородного тела от здоровой ткани организма.
2. Защита от опухолей
В наше время ученым уже точно известно, что практически каждую минуту на разных участках человеческого тела происходят сбои, в результате которых клетки начинают неправильно делиться и перерождаются в злокачественные. Если этот процесс не остановить, образуются раковые опухоли. Но если организм здоров и иммунная система работает правильно, фагоциты немедленно отыскивают перерожденные клетки и уничтожают их, предотвращая таким образом онкологические заболевания.
3. Поддержание апоптоза
В среднем организм взрослого человека – это примерно 100 триллионов клеток. Некоторые могут жить не больше 1-2 суток, другие – и по несколько лет. Но в любом случае ежедневно 70 миллиардов клеток гибнет. Куда они деваются? Их «пожирают» макрофаги. Когда любая клетка гибнет, от нее исходят некие вещества, которые притягивают фагоцитов. Вот они и уничтожают старые клетки и тем самым освобождают место для новых. Этот процесс называется апоптозом.
4. Защита от болезней
Фагоцитарные образования способны предотвращать заболевания, не связанные с инфекцией, опухолью или другими причинами, которые могут быть интересны для фагоцитов. Взять к примеру атеросклероз. Активность макрофагов помогает замедлить процесс развития этой болезни. Когда холестерин проникает под внутреннюю выстилку сосудов, макрофаги «поедают» частицы жира и вместо него образуются так называемые пенистые клетки. Но фагоцитарные клетки не способны полностью уничтожать липиды, поэтому холестериновые бляшки продолжают образовываться на стенках сосудов, хотя в некоторых случаях и несколько медленнее.
5. Поддержание работоспособности иммунитета
Фагоцитарные клетки обладают способностью стимулировать активность друг друга, а также других агентов иммунной системы. Кроме того, фагоциты выделяют специфические вещества, которые влияют на костный мозг, а тот продуцирует еще больше клеток иммунной системы.
6. Способствуют восстановлению тканей
Фагоциты могут не только «пожирать», они также принимают участие и в формировании тканей. Так, если на любом участке тела появляется серьезное повреждение, фагоциты способствую образованию рубцовых клеток (фибробластов). В результате в месте повреждения появляется «латка» в виде рубца. Этот процесс происходит не только при внешних повреждениях кожи. Фибробласты незаменимы для рубцевания язвы органов ЖКТ и заживления миокарда в постинфарктный период.
Всегда ли фагоциты полезны
Механизм воздействия на патогены у фагоцитов отработан тысячелетиями эволюции. Но даже это не делает их абсолютно безопасными и полезными для человеческого организма. И во многом виной не столько сами фагоциты, сколько условия современной жизни человека. Плохая экология, хронические стрессы часто приводят к тому, что в принципах работы фагоцитов появляются сбои. Взять хотя бы аутоиммунные заболевания. Эта группа болезней вызвана тем, что вследствие сбоя иммунитет воспринимает клетки собственного организма как патогены. Как следствие, фагоциты «набрасываются» на ткани почек, суставы, разные части сердца, и организм начинает стареть в несколько раз быстрее.
В человеческом организме присутствует огромное количество клеток специфического действия – фагоцитов. Они взаимодействуют между собой и другими клетками, поэтому очень важно, чтоб этот процесс проходил правильно. Любой дисбаланс этого взаимодействия влечет за собой проблемы со здоровьем. Лучшая помощь для правильной работы фагоцитов – это соблюдение здорового образа жизни, правильного питания и поддержания иммунитета в норме.
Больше свежей и актуальной информации о здоровье на нашем канале в Telegram. Подписывайтесь: https://t.me/foodandhealthru
Автор статьи:
Фурманова Елена Александровна
Специальность: врач педиатр, инфекционист, аллерголог-иммунолог.
Общий стаж: 7 лет.
Образование: 2010, СибГМУ, педиатрический, педиатрия.
Опыт работы инфекционистом более 3 лет.
Имеет патент по теме «Способ прогнозирования высокого риска формирования хронической патологии адено-тонзиллярной системы у часто болеющих детей». А также автор публикаций в журналах ВАК.