Фагоцитоз при воспалении у животных

Фагоцитоз – активный захват и поглощение живых клеток или каких-либо небольших частиц одноклеточными организмами либо особыми клетками – фагоцитами. Фагоцитоз – одна из защитных реакций организма, главным образом при воспалении. Открыт И.И.Мечниковым в 1882 году.

При значительной вирулентности микроба и при достаточной инфекционной дозе кожные и слизистые барьеры могут оказаться совершенно недостаточными, и микроб проникает в кожу, слизистые оболочки либо в подкожный или в подслизистый слой. В значительном числе случаев при этом развивается воспалительный процесс. Изучение роли этого процесса в защите организма от микробов связано с именем И.И. Мечникова.

Мечников изучал функции зародышевых листков, в частности среднего зародышевого листка – мезодермы у эмбрионов беспозвоночных животных; вводя в организм губки какое-либо постороннее тело (стеклянный капилляр), он наблюдал, что оно окружалось подвижными амебовидными клетками мезодермы, способными заглатывать различные инертные частицы. Аналогичный процесс – устремление лейкоцитов, окружение и поглощение ими инородного тела, вызывающего воспалительный процесс – наблюдался и у других видов животных, как имеющих кровеносную систему, так и лишённых её. Этот процесс поглощения клетками микробов и других корпускулярных элементов И.И. Мечников назвал фагоцитозом. Многочисленные исследования, поставленные с различными микробами, позволили Мечникову сделать заключение о превалирующем значении фагоцитоза в воспалительных процессах и о защитной функции самого процесса воспаления. Фагоцитоз в воспалительной реакции является действительно одним из существенных механизмов защиты на всех ступенях зоологической лестницы. Однако защитный механизм воспалительной реакции оказался сложнее, чем это можно было думать, и фагоцитоз не исчерпывает всех тех возможностей защиты, которые несёт с собой воспалительный процесс. В механизме воспаления существенную роль играют гистамин и серотонин, освобождающиеся главным образом из тучных клеток. Они влияют на проницаемость стенок капилляров и основного вещества соединительной ткани и усиливают фагоцитарную активность эндотелия и мезенхимы. Существенное значение имеют глобулиновый фактор проницаемости и его ингибитор, а также многие другие вещества типа ферментов, меняющиеся на различных стадиях воспалительного процесса.

Воспалённая ткань способна фиксировать также белки и инертные частицы. Чужеродный белок, введенный в зону воспаления в коже или в брюшной полости, задерживается на более длительный период, чем в нормальных тканях, причём задержка в коже более длительна, чем в брюшной полости. Подобные же задержки в очаге воспаления наблюдались при введении красок в брюшную полость. Следовательно, воспалительный процесс, независимо от того, протекает ли он в иммунном или не иммунном организме, препятствует диссеминации микробов. Но возникает он не сразу после внедрения микроба, даже в тех случаях, когда микроб, например стафилококк, обладает способностью вызывать наиболее сильное воспаление. Если микробы обладают большой инвазионной способностью, некоторая часть их проникает в организм раньше, чем воспалительная реакция возникнет и станет настолько интенсивной, что сможет препятствовать диссеминации возбудителя. Скорость возникновения острой воспалительной реакции зависит от характера раздражителя. Также существенное значение имеет и стадия воспалительного процесса. Первые этапы воспалительной реакции сопровождаются активной гиперемией и ускоренным током крови и лимфы. В этот период бактерии могут быстро уноситься с места введения, что может способствовать развитию инфекционного процесса. Однако эта стадия весьма непродолжительна, и наступающие вскоре сосудистые расстройства и приток лейкоцитов препятствуют распространению инфекции. Таким образом, воспалительная реакция является механизмом защиты, препятствующим диссеминации микробов, но вступающим в действие не сразу же после внедрения микробов в организм, а по истечении нескольких часов. В последней стадии воспалительного процесса, когда в зоне воспаления скапливаются громадные количества лейкоцитов, имеет место и интенсивное уничтожение оставшихся микробов благодаря фагоцитозу.

Механизм фиксации и аккумуляции микробов и инородных веществ в зоне воспаления сложен. Лимфатическая блокада, возникающая в воспалительной зоне вследствие стаза и свёртывания лимфы, является одним из основных факторов, препятствующих диссеминации микробов из воспалительного очага. Эта блокада образует механический барьер, состоящий из коагулированной плазмы, и представляет собой значительное препятствие для прохождения микробов. При остром воспалительном процессе наблюдается не замедление, а ускорение тока лимфы через зону воспаления, и бактерии, и другие инородные частицы фиксируются в этой зоне благодаря действию различных физико-химических факторов.

Значительную роль в фиксации и уничтожении микробов в воспалительном очаге играют фагоцитоз и антитела.

Лейкоциты, которые в изобилии скапливаются в зоне воспаления, образуют своеобразный вал, препятствующий диссеминации организмов. Наряду с этим клеточные элементы лейкоцитарного вала активно уничтожают возбудителя. Повышение капиллярного давления и увеличение проницаемости капилляров, имеющие место при воспалении, вызывают увеличение количества жидкости, проникающей через эндотелий капилляров. Воспалительная зона обогащается содержащимися в крови веществами, в том числе и антителами (нормальными и иммунными). Антитела, воздействуя на бактерии, делают их более доступными клеточным факторам защиты и задерживают их в зоне воспаления. Возможно, что алексин, бетализин, и другие неспецифические факторы защиты, концентрируясь в зоне воспаления, играют роль в сложном механизме защиты, обусловленном воспалительной реакцией.

Как известно, основным свойством фагоцитов является их способность к внутриклеточному перевариванию. Однако не всегда и не в отношении всех микробов эта способность выражена в должной степени. Иногда микробы, захваченные фагоцитами, не только не перевариваются ими, но сохраняются и размножаются в них (незавершённый фагоцитоз). В этом случае фагоцитоз не является защитной реакцией организма, а наоборот, защищает микробы от бактерицидных свойств организма. Однако такое явление встречается редко. Другой особенностью фагоцитов является их положительный химиотаксис в отношении микробов и их продуктов. Положительный химиотаксис и обусловливает возможность уничтожения проникающих в организм микробов скапливающимися в месте их проникновения лейкоцитами. Однако большие дозы микробов или токсинов могут вызвать отрицательный химиотоксис, и тогда фагоцитарная реакция не может быть реализована. При воспалительной реакции имеет место значительное скопление лейкоцитов, которые проходят через стенки сосудов вследствие химиотоксического притяжения. Гной, накапливающийся при воспалительных процессах, и представляет собой эти скопления.

Но и при отсутствии воспаления защитная роль фагоцитоза может быть обнаружена вполне демонстративно. При введении иммунному животному микробов последние немедленно захватываются фагоцитами; так, например, вводя культуру сибирской язвы лягушке, можно наблюдать, что через некоторое время все микробы фагоцитируются, и инфекция не развивается. Тоже можно наблюдать при введении самых разнообразных непатогенных микробов любому животному. В восприимчивом организме фагоцитоз либо вовсе не наблюдается, либо наблюдается только в незначительной степени. Фагоциты способны захватывать живых микробов. Если взять у лягушки, получившей культуру сибиреязвенных бацилл, экссудат, содержащий лейкоциты, целиком захватившие всех бацилл, и ввести его морской свинке, последняя погибнет от сибирской язвы, так как лейкоциты лягушки, попав в неподходящую среду в организме морской свинки, погибают и освобождают таким образом заключённых в них вполне вирулентных микробов. Доказательством несомненного значения фагоцитоза как защитного механизма организма является также то обстоятельство, что подавление фагоцита или создание для него препятствий понижает резистентность организма. Если споры столбняка хорошо отмыть от токсина и ввести в животный организм, то они быстро фагоцитируются, причём заболевания столбняком не наступит. Однако если ввести эти споры в ватном тампоне, когда лейкоциты не смогут их поглотить или сделают это с большим опозданием, споры успевают прорасти и наступает заболевание и смерть. Если ввести культуру микробов вместе с молочной кислотой, обладающей отрицательным химиотоксическим действием на лейкоцитов, смерть наступит от такой дозы культуры, которая без кислоты легко переносится животным. С другой стороны, увеличение количества лейкоцитов, особенно в месте внедрения инфекции, несомненно, повышает резистентность организма. Оно может быть вызвано и неспецифическими агентами. Несомненно, что лейкоцитоз является одним из факторов неспецифического иммунитета, который воспроизводят при так называемой протеинотерапии.

Связывание (адсорбция) лейкоцитами токсинов многократно было описано разными авторами в отношении как дифтерийного, так и столбнячного токсина, хотя полученные результаты были довольно противоречивы.

Реакция фагоцитоза имеет защитную функцию не при всех инфекционных заболеваниях. Например, при менингите, вызванном палочкой инфлюэнцы, последняя поглощается, но не разрушается фагоцитами, защищающими её от действия антител. Но при подавляющем большинстве бактерийных инфекций фагоцитоз в той или иной мере несёт защитные функции. Иное значение имеет фагоцитоз при вирусных инфекциях. Фагоцитарная реакция не при всех инфекционных процессах оказывается равнозначной. Это вполне соответствует взглядам И.И. Мечникова, который при изучении фагоцитарных реакций у различных животных и с различными микробами установил различные формы этой реакции в её эволюционном развитии. Стафилококк захватывается и убивается лейкоцитами, гонококк фагоцитируется ими, но остаётся живым внутри лейкоцитов, и, наконец, некоторые вирусы вообще не фагоцитируются лейкоцитами. Возможно, что эти три примера представляют собой три различные стадии эволюционного развития фагоцитарной реакции.

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