За счет чего происходит восстановление мембраны при фагоцитозе
За счет чего происходит восстановление мембраны при фагоцитозе
В целом фагоцитоз напоминает пиноцитоз, за исключением того, что при фагоцитозе происходит захват частиц более крупных, чем молекулы. К фагоцитозу способно лишь ограниченное число клеток, в основном тканевые макрофаги и некоторые лейкоциты. Фагоцитоз начинается, когда частица, например бактерия, мертвая клетка или фрагменты тканей, присоединяется к рецептору на поверхности мембраны фагоцита. При фагоцитозе бактерий они обычно бывают уже связаны с антителом. Связанное с бактерией антитело, в свою очередь, соединяется с рецептором. Такая посредническая роль антител носит название опсонизации.
Процесс фагоцитоза состоит из следующих этапов.
1. Рецепторы клеточной мембраны соединяются с лигандами захватываемых частиц.
2. Края мембраны вокруг точек прикрепления частицы за доли секунды приподнимаются, чтобы затем окутать ее целиком. Это приводит к тому, что все больше мембранных рецепторов соединяются с лигандами частицы. Процесс образования фагоцитарной вакуоли (фагосомы), происходит очень быстро, напоминая работу застежки «молния».
3. Фагосому окружают актин и другие сократительные волокна цитоплазмы, которые, укорачиваясь вокруг наружного края, втягивают этот пузырек внутрь клетки.
4. Сократительные белки затем отщепляют готовый пузырек от наружной мембраны, как и при пиноцитозе.
Переработка содержимого пиноцитозных и фагоцитарных вакуолей с помощью лизосомальных ферментов.
Функции лизосом клетки
Почти сразу после появления в цитоплазме пиноцитозных вакуолей и фагосом с ними сливаются одна или несколько лизосом, высвобождающих кислые гидролазы. Таким образом, внутри клетки формируется пищеварительная вакуоль. Гидролазы внутри вакуоли начинают расщеплять белки, углеводы, липиды и другие вещества. Продуктами расщепления являются небольшие по размерам молекулы, которые способны к диффузии из вакуоли в цитоплазму. К ним относят аминокислоты, глюкозу, фосфаты и т.п. Пищеварительные вакуоли, содержащие непереваренные остатки, называют остаточными тельцами, В большинстве случаев они выделяются из клетки путем экзоцитоза — процесса, противоположного эндоцитозу.
Итак, пиноцитозные и фагоцитарные вакуоли в комплексе с лизосомами можно считать органами пищеварения клетки.
Обратное развитие тканей и аутолиз клеток. Ткани организма часто претерпевают обратное развитие и уменьшаются в размерах. Например, подобное происходит с маткой после родов, молочными железами по окончании лактации, скелетными мышцами в результате длительного бездействия. Процесс обратного развития во многом определяется лизосомами. Пока не ясно, почему снижение деятельности тканей вызывает повышение активности лизосом.
Другой особой функцией лизосом является уничтожение пораженных клеток или разрушение их поврежденных частей. Повреждение клетки, вызванное действием тепла, холода, механических и химических факторов, приводит к нарушению целостности лизосом. Высвободившиеся из них гидролазы сразу начинают взаимодействовать с окружающими органическими веществами. Если повреждение небольшое, данная часть клетки разрушается и впоследствии клетка восстанавливается. Тяжелые повреждения приводят к самоперевариванию целой клетки. Данный процесс называют аутолизом.
Восстановление погибшей структуры происходит за счет митотического деления соседних клеток. Лизосомы также содержат вещества, которые обладают бактерицидными свойствами. С помощью этих веществ клетка уничтожает живые бактерии, попадающие в нее путем фагоцитоза, еще до того, как они сами начнут повреждать клетку. Бактерицидными свойствами обладают: (1) лизоцим, растворяющий бактериальную стенку; (2) лизоферрин, который связывает железо и другие вещества, препятствуя росту бактерии; (3) кислая среда (рН не выше 5,0), способствующая активации гидролаз и инактивации обменных процессов в бактерии.
Научная электронная библиотека
§ 3.1.4. Строение клетки
Размеры клетки широко варьируют от 0,1 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм (яйцо страуса). У всех клеток, независимо от их формы, размеров, функциональной нагрузки обнаруживается сходное строение (рис. 3.13).
Рис. 3.13. Схема строения живой клетки: 1 – оболочка; 2 – мембрана; 3 – цитоплазма; 4 – ядро; 4а – ядрышко; 5 – рибосомы; 6 – эндоплазматическая сеть (ЭПС); 7 – митохондрии; 8 – комплекс гольджи; 9 – лизосомы; 10 – пластиды; 11 – клеточные включения
Снаружи клетка одета мембраной. Внутренняя часть клетки содержит многочисленные органоиды – структурные образования клетки, выполняющие определенные функции жизнедеятельности клетки.
1. Оболочка. Присутствует только у растительных клеток. Состоит из волокон целлюлозы. Функции оболочки: защита клетки от внешних повреждений, придает стабильную форму клетки, эластичность растительным тканям.
Повреждение наружной оболочки приводит к гибели клетки (цитолиз).
2. Мембрана. Тончайшая структура (75 Ǻ), состоит из двойного слоя молекул липидов и одного слоя белков. Такая структура обеспечивает уникальную эластичность и прочность мембране
участие в обмене веществ. Эта функция связана с избирательной проницаемостью в клетку определенных веществ и выведение из нее продуктов обмена. В процессе питания в клетку могут проникать определенные растворы веществ (пиноцитоз) и твердые частицы (фагоцитоз).
Явление фагоцитоза – поглощение клеткой твердых частиц – впервые было описано русским врачом Мечниковым. Фагоцитарная особенность лежит в основе процесса иммунитета. Особенно развита у лейкоцитов, клеток костного мозга, лимфатических узлов, селезенки, надпочечников и гипофиза.
Пиноцитоз – поглощение клеткой растворов – состоит в том, что мельчайшие пузырьки жидкости втягиваются через образующуюся воронку, проникают через мембрану и усваиваются клеткой.
3. Цитоплазма – внутренняя среда клетки. Представляет собой гелеобразную жидкость (коллоидная система), состоит на 80 % из воды, в которой растворены белки, липиды, углеводы, неорганические вещества. Цитоплазма живой клетки находится в постоянном движении (циклоз).
транспортировка питательных веществ и утилизация продуктов обмена клетки;
буферность цитоплазмы (постоянство физико-химических свойств) обеспечивает гомеостаз клетки, поддерживает постоянные нужные параметры жизнедеятельности;
поддержание тургора (упругость) клетки;
все биохимические реакции происходят только в водных растворах, что обеспечивается в среде цитоплазмы.
4. Ядро – обязательный органоид эукариотических клеток. Впервые было исследовано и описано Р. Броуном в 1831 г. В молодых клетках расположено в центре клетки, в старых – смещается в сторону. Снаружи ядро окружено мембраной с крупными порами, способными пропускать крупные макромолекулы. Внутри ядро заполнено клеточным соком – кариоплазмой, основная часть ядра заполнена хроматином – ядерным веществом, содержащим ДНК и белок. Перед делением хроматин образует палочковидные хромосомы. Причём, хромосомы одинакового строения (но содержащие разные ДНК!) образуют пары, зрительно воспринимаемые как одно целое (рис. 3.14).
Рис. 3.14. Хромосомный набор человеческой клетки перед началом деления
Структурирование всех хромосом в пары свидетельствует о том, что число хромосом – чётное. Поэтому, его часто обозначают 2n, где n – количество хромосомных пар, а соответствующий набор хромосом называют диплоидным. Например, у голубей n = 40 (80 хромосом), у мухи n = 6 (12 хромосом), у собаки n = 39 (78 хромосом), у аскариды n = 1 (2 хромосомы). У человека n = 23 (46 хромосом). Однако, в половых клетках число хромосом в два раза меньше. Поэтому набор хромосом в половых клетках называется гаплоидным. Клетки, не являющиеся половыми называются соматическими. Иногда клетки с гаплоидным набором хромосом называют гаплоидными клетками, а с диплоидным набором хромосом – диплоидными клетками.
При слиянии двух родительских гаплоидных половых клеток образуется диплоидная клетка, дающая начало новому организму с набором генов отца и матери
Совокупность всех хромосом ядра (а значит и генов) клетки называется генотип. Именно генотип определяет все внешние и внутренние признаки конкретного организма.
В соматических клетках 44 Х-образные хромосомы (22 пары) у женщин и мужчин идентичны (сходны по строению), их называют аутосомами. А 23-я пара имеет конфигурацию ХХ – у женщин и ХY – у мужчин. Эти пары хромосом именуются половыми хромосомами.
В половых клетках 22 хромосомы также одинаковые у яйцеклеток и у сперматозоидов, а 23-я хромосома конфигурации Х – у яйцеклетки и Х или Y – у сперматозоидов. Поэтому при слиянии половых клеток и образовании пар хромосом, 23-я пара будет ( <ХY>или <ХХ>) определять пол будущего ребенка.
Необходимо помнить, что хотя в соматических клетках набор хромосом диплоидный (2n), однако, перед началом деления клеток происходит репликация ДНК, то есть, удвоение их количества, а, значит, и удвоение
количества хромосом. Поэтому перед началом деления соматической клетки в ней насчитывается 4n хромосом (рис. 16). Она становится тетраплоидной.
– хранение генетической информации;
– контроль за всеми процессами, происходящими в клетке: делением, дыханием, питанием и др.
4а. Ядрышко – структура, содержащаяся в ядре. Ядро может содержат 1, 2 или более ядрышек. Функция ядрышка – формирование рибосом.
Следует отметить, что не все клетки имеют оформленное ядро. Клетки, имеющие ядро называются эукариотическими или эукариотами. Клетки, не имеющие ядра, называются прокариотическими или прокариотами. Функции ядра у прокариот несёт одна нить ДНК (именуется хромосома), в которой хранится вся генетическая информация. К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Как правило, у прокариотов отсутствуют и некоторые другие органоиды. Размеры прокариотических клеток меньше, чем размеры эукариот.
5. Рибосомы – самые мелкие органоиды клетки. Были обнаружены в 1954 г. Французским ученым Паладом. Рибосомы были обнаружены в цитоплазме, а также на гранулярной ЭПС и в ядре.
Функция рибосом: обеспечение биосинтеза белка.
6. Эндоплазматическая сеть. Представляет собой каналы и полости, ограниченные мембраной. Различают две разновидности ЭПС: гранулярная ЭПС и агранулярная ЭПС. Гранулярная ЭПС морфологически отличается от агранулярной наличием на ее поверхности многочисленных рибосом (на агранулярной ЭПС рибосомы отсутствуют).
Функции эндоплазматической сети:
– участие в синтезе органических веществ: на гранулярной ЭПС синтезируются белки, на агранулярной – липиды и углеводы;
– транспортировка продуктов синтеза ко всем частям клетки.
Несложно уяснить, что гранулярная ЭПС характерна для клеток, синтезирующих белки (например клетки желез внутренней секреции), агранулярная ЭПС характерна для клеток-производителей углеводов и липидов (например клетки жировой ткани).
7. Митохондрии – крупные органоиды, состоящие из двойного слоя мембран: наружная – гладкая, внутренняя образует многочисленные гребнеобразные складки – кристы. Внутри митохондрии заполнены жидкостью (матрикс).
Функции митохондрий: основная функция митохондрий – обеспечение клетки энергией. Этот процесс происходит за счет синтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) (рис. 3.15), в которой фрагмент
Рис. 3.15. Структурная формула аденозинфосфорных кислот. Для аденозинтрифосфорной кислоты n = 3, для аденозиндифосфорной кислоты n = 2, для аденозинмонофосфорной кислоты n = 1
При взаимодействии молекулы аденозинтрифосфорной кислоты с водой отщепляется один остаток фосфорной кислоты, в результате чего образуется аденозиндифосфорная кислота – АДФ и выделяется огромное количество энергии:
АТФ + Н2О = АДФ + Н3РО4 + 10 000 калорий.
Впоследствии от АДФ может отщепляться еще один остаток фосфорной кислоты, образуя АМФ – аденозинмонофосфорную кислоту.
АДФ + Н2О = АМФ + Н3РО4 + 10 000 калорий[37].
Освободившаяся энергия используется для жизнедеятельности клетки (КПД процесса превышает 80 %!).
Наряду с распадом АТФ и выделением энергии в клетке постоянно происходит синтез АТФ и накопление энергии (обратные реакции).
Количество митохондрий в клетке зависит от потребности последней в энергии. Так, в клетках кожи человека находится в среднем 5–6 митохондрий, в клетках мышц – до 1000, в клетках печени – до 2500!
8. Комплекс Гольджи. Итальянский ученый Гольджи обнаружил и описал структуру клетки, напоминающую стопки мембран, цистерны, пузырьки и трубочки. Расположена эта система чаще всего возле ядра.
Функции комплекса Гольджи: в полостях комплекса накапливаются всевозможные продукты обмена клетки, которые по каким-либо причинам не вывелись наружу. В последствии эти продукты могут быть использованы клеткой для процессов жизнедеятельности. Из пузырьков и цистерночек комплекса Гольджи в растительных клетках образуются вакуоли, заполненные клеточным соком.
9. Лизосомы – мелкие органоиды. Представляют собой пузырьки, окруженные мембраной. Внутри лизосомы заполнены пищеварительными ферментами (обнаружено 12 ферментов), которые расщепляют и переваривают крупные макромолекулы (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты).
Функции лизосом: растворение и переваривание макромолекул. Лизосомы участвуют в фагоцитозе. Понятно, что основная функция по перевариванию поступающих в клетку частиц принадлежит лизосомам.
10. Пластиды. Эти органоиды характерны только для растительных клеток. Форма напоминает двояковыпуклую линзу. Структура пластид напоминает таковую у митохондрий: двойной слой мембраны. Наружная – гладкая, внутренняя образует складки, называемые тилакоидами. На тилакоидах происходит основной жизненно важный для всех зеленых растений процесс – фотосинтез:
Пластиды бывают трех типов:
1) Хлоропласты – зеленые пластиды. Их цвет обусловлен наличием хлорофилла. Хлорофилл – основное вещество хлоропластов (имеет зеленый цвет). Только благодаря хлорофиллу возможен процесс фотосинтеза (см. раздел 4.2). Хлоропласты придают зеленый цвет растительным организмам.
2) Хромопласты – пластиды, имеющие различные окраски: от ярко-желтого до пурпурно-багряного. Наличие различных пигментов окрашивают плоды, цветки и осенние листья растений в соответствующие цвета. Этот факт особенно важен для привлечения насекомых к цветкам, как природный индикатор созревания плодов и др.
3) Лейкопласты – бесцветные пластиды, в которых происходит накопление запасных питательных веществ (например, крахмала).
Некоторые виды пластид могут переходить друг в друга: например, переход хлоропластов в хромопласты: созревание томатов, яблок, вишни, и т. д.; изменение окраски листьев в осенний период времени. Лейкопласты могут переходить в хлоропласты: позеленение картофеля на свету. Это доказывает общность происхождения пластид.
11. Клеточные включения. Вакуоли. Это непостоянные и необязательные составляющие клетки. Они могут появляться и исчезать в течение всей жизни клетки. К ним относятся капли жира, зерна крахмала и гликогена, кристаллы щавелево-кислого кальция и др. Жидкие продукты обмена называются клеточным соком и накапливаются они в вакуолях. В клеточном соке растворены сахара, минеральные соли, пигменты и т. д. Чем старше клетка, тем больше клеточного сока накапливает клетка. Молодые клетки практически не содержат вакуолей.
Помимо перечисленного некоторые специализированные клетки обладают специальными органоидами. К ним относятся:
– реснички и жгутики, представляющие собой выросты мембраны клетки, осуществляющие движения клетки. Они имеются у одноклеточных организмов и многоклеточных (кишечный эпителий, сперматозоиды, эпителий дыхательных путей);
– миофибриллы – тонкие нити мышечных клеток, участвующие в сокращении мышц;
– нейрофибриллы – органоиды, характерные для нервных клеток и участвующие в проведении нервных импульсов. Кроме того, в состав клеток входят центриоли – две (иногда более) цилиндрические структуры диаметром около 0,1 мкм и длиной 0,3 мкм. Место расположения центриолей в период между делениями клетки считается серединой клеточного центра. При делении клетки центриоли расходятся в противоположные стороны – к полюсам, определяя ориентацию веретена деления (рис. 16).
Следует иметь в виду, что, хотя животные и растительные клетки имеют много общего, но между ними существуют и серьёзные различия (табл. 3.1).
Более общая классификация клеток представлена на рис. 3.16.
Одно из основных отличий бактерий от архей, состоит в химическом составе мембраны. Бактерии отделены от внешней среды двойным слоем липидов (жиров и жироподобных веществ). Мембраны архей состоят из терпеновых спиртов.
За счет чего происходит восстановление мембраны при фагоцитозе
Гранулоциты крови включают в себя нейтрофильные лейкоциты, а также эозинофилы и базофилы. Как известно, доминирующей популяцией гранулоцитов в периферической крови являются нейтрофильные лейкоциты, диапазон содержания которых в периферической крови постоянно изменяется и составляет в настоящее время в среднем от 47 до 75 % в лейкоцитарной формуле.
Менее представительной популяцией клеток гранулоцитарного ряда в периферической крови являются эозинофилы, относительное содержание которых в лейкоцитарной формуле колеблется от 1 до 5 %.
И крайне скромно представлено содержание в крови базофилов, максимальный уровень которых составляет не более 1–2 %.
Касаясь морфологических особенностей нейтрофилов и их биологической значимости следует отметить, что эти клеткиотносят к категории полиморфноядерных лейкоцитов, созревание которых в костном мозге сопряжено со значительными изменениями структуры, метаболизма и свойств. Динамика морфологических изменений заключается в постепенном уменьшении ядра с увеличением цитоплазматически-ядерного отношения, исчезновением ядрышек, сегментацией ядер нейтрофилов. Зрелые сегментоядерные нейтрофилы задерживаются в синусах костного мозга в течение 3–4 дней. Количество депонированных в синусах костного мозга нейтрофилов превышает число циркулирующих клеток в 10–20 раз. Изменение процентных взаимоотношений между циркулирующими и депонированными нейтрофилами лежит в основе всех перераспределительных лейкоцитозов и лейкопений. Одна из отличительных характеристик этих реакций является их кратковременность, наличие четкого этиологического фактора, отсутствие изменений функциональной активности гранулоцитов. Время их нахождения в кровеносном русле очень мало (в среднем 6–8 часов), так как эти клетки быстро мигрируют в ткани. Покинувшие сосудистое русло нейтрофилы в кровоток не возвращаются и разрушаются в тканях. Часть нейтрофилов удаляется из организма через желудочно-кишечный тракт.
Зрелые сегментоядерные нейтрфилы представляют собой клетки округлой формы, диаметром 7–12 мкм. Ядро клеток состоит из 3–4 сегментов, соединенных тонкими нитями хроматина. При окраске по Романовскому ядро окрашивается в сине-фиолетовый цвет, а цитоплазма – в розовый.
У нейтрофилов мало митохондрий, рибосом, комплекс Гольджи невелик, эндоплазматический ретикулум редуцирован. Главный источник энергии – гликоген, основная форма метаболизма – гликолиз. В процессе фагоцитоза и метаболического респираторного взрыва при участии гексозомонофосфатного шунта потребляется до 30 % метаболизированной глюкозы. Кратковременность существования нейтрофилов (до 4-х суток) обусловлена генетически детерменированным апоптозом.
У практически здоровых людей иногда выявляются и врожденные изменения структуры ядра нейтрофилов, среди них отмечают наличие так назывемой пельгеровской аномалии лейкоцитов, характеризующейся преобладанием нейтрофилов с двухлопастным ядром, а также наличием клеток с недостаточно четко разграниченными сегментами ядра, напоминающим палочкоядерные нейтрофилы. Пельгеровская аномалия – часто встречающийся гематологический признак; наблюдается у одного из 1000 человек. Аномалия наследуется по доминантному типу. Значительно реже встречается врожденная гиперсегментация ядер нейтрофилов, при которой в ядрах имеется более 5 сегментов. Описан врожденный макроцитоз нейтрофилов, когда средний размер клетки составляет около 17 мкм. При всех этих изменениях функциональная активность нейтрофилов существенно не изменяется, и аномалии обнаруживаются случайно.
В цитоплазме нейтрофилов содержится большое количество мелких гранул двух типов. Первичные гранулы составляют 30 % всех гранул, содержат набор ферментов, главным обазом гидролитических, и являются типичными лизосомами. Лизосомы характеризуются высоким содержанием миелопероксидазы, катионных белков, мукополисахаридов. В лизосомах локализована примерно 1/3 лизоцима, обеспечивающего деполимеризацию мукополисахаридов бактериальных клеток, способствующего последующему гидролитическому расщеплению бактерий при участии лизосомальных ферментов. В случае развития фагоцитоза нейтрофилы активно выделяют содержимое лизосом в окружающую среду, где проявляются эффекты лизосомальных гидролаз. Вторичные гранулы образуют типичную специфическую зернистость нейтрофилов и содержат гликоген, липиды, ряд ферментов, а также лизоцим.
Характерной особенностью метаболизма нейтрофилов является их способность получать энергию за счет анаэробного гликолиза, что обеспечивает их функции даже в крайне неблагоприятных условиях (в тканях, бедных кислородом, воспалительных, отечных, плохо кровоснабженных). Основным субстратом для гликолиза в нейтрофильных лейкоцитах является глюкоза, в меньшей степени – галактоза и фруктоза, а также гликоген. Расщепление глюкозы в нейтрофилах может осуществляться по пентозофосфатному пути. Роль дыхания в жизнедеятельности нейтрофилов невелика. В нейтрофилах имеется достаточный набор ферментов гликолиза, пентозо-фосфатного окисления глюкозы, причем энергия гликолиза используется для реализации фагоцитарной и двигательной активности, а пентозофосфатный путь окисления глюкозы играет роль в обеспечении реакций синтеза жирных кислот. Последние, как и углеводы, используются нейтрофилами в качестве источников энергии.
Нейтрофильные лейкоциты, наряду с друими лейкоцитарными элементами, являются центральным звеном неспецифической резистентности организма. От их деятельности зависит интенсивность фагоцитоза и продукция гумолальных неспецифических факторов защиты – комплемента, лизоцима, интерферона, обеспечивающих бактерицидную активность сыворотки крови, а также миелопероксидазы, лактоферрина, катионных белков.
Способность к фагоцитозу нейтрофильных лейкоцитов обусловлена рядом особенностей, в частности высокой двигательной активностью. Нейтрофилы первыми прибывают в место повреждения тканей за счет целенаправленного движения клеток к объектам фагоцитоза (хемотаксис).
Амебовидная подвижность обусловлена образованием «двигательных» псевдоподий, а также, по данным электронно-микроскопических исследований, наличием в нейтрофильных лейкоцитах актомиозиновых структур.
Направленное движение индуцируется рядом хемотаксических факторов или соединений. Значительная их часть выделяется бактериями. Эти факторы могут иметь различную молекулярную массу от 2000 до 60000 D. Хемотаксические факторы с низкой молекулярной массой оказывают непосредственное хемотаксическое действие на нейтрофилы. Факторы с большой молекулярной массой опосредуют хемотаксический эффект через сывороточные белки (кофакторы). Хемотаксической активностью обладают и некоторые продукты разрушения клеток, а также кинины, каллекреины, пептиды, образующиеся при расщеплении третьего (С3) и пятого (С5) компонентов комлемента. Хемотаксические факторы вызывают уменьшение отрицательного заряда поверхности нейтрофила, что облегчает их адгезию и агглютинацию.
Активированный нейтрофил имеет около 120 000 рецепторов для Fc-фрагмента IgG, формирующих кластеры на клеточной поверхности и около 40 000 рецепторов для фракции комплемента (С3в). Некоторые частицы могут прикрепляться к поверхности фагоцита без участия этих рецепторов.
Реакции фагоцитоза неразрывно связны с деятельностью кислородзависимы антимикробных систем, сопровождаются увеличением поглощения кислорода и выработкой перекиси водорода, супероксид-анион-радикала, гидроксильных радикалов. Активность данной системы киллинга бактерий сопряжена с ферментом миелопероксидазой.
Существуют также кислороднезависимые антимикробные системы, проявляющие бактерицидное действие в фагосомах при отсутствии кислорода. К компонентам этой системы относятся: закисление среды, лизоцим, лактоферрин, катионные белки и некоторые другие соединения.
Касаясь характеристики лизоцима, необходимо отметить, что это низкомолекулярный катионный белок, расщепляющий В-гликозидные связи мукополисахаридов, обладает сильным антимикробным действием в отношении многих бактерий, а особенно грамположительных. В нейтрофильных лейкоцитах лизоцим не синтезируется, а только депонируется.
Наряду с фагоцитозом защитная функция нейтрофилов обеспечивается выделением в окружающую среду лизосомальных энзимов с гидролитическими свойствами, катионных белков, молочной кислоты, которое оказывают бактериостатическое и бактериолитическое действие, участвуют в разрушении поврежденных при воспалении тканей и клеток организма.
Участие нейтрофильных лейкоцитов в механизмах неспецифической резистентности обеспечивается и фактором противовирусной защиты – интерфероном.
Помимо противовирусного эффекта интерферон оказывает антипролиферативное и противоопухолевое действие, подавляет бласттрансформацию лимфоцитов и выработку антител, а также активизирует макрофаги, усиливает цитотоксичесое действие сенсибилизированных лимфоцитов. Одновременно его можно рассматривать и в качестве медиатора иммунного ответа.
В нейтрофильных лейкоцитах обнаружены соединения, являющиеся производными арахидоновой кислоты, получившие название лейкотриены. Лейкотриены оказывают выраженное влияние на течение иммунных процессов, являются важнейшими медиаторами воспаления, стимулируют продукцию анионов супероксида, освобождение лизосомальных ферментов, повышают сосудистую проницаемость.
В последние годы обсуждается участие нейтрофилов в регенераторных проессах и, соответственно, наличие у них репаративной функции. Не менее важным является участие нейтрофильных лейкоцитов в гемостатических реакциях организма. Известно, что нейтрофилы обладают способностью активировать контактную фазу процесса свертывания крови, так как содержат кининазы и ферменты, стимулирующие кининогенез. Нейтрофильные лейкоциты легко вступают во взаимодействие с кининогеном и XII фактором, что способствует освобождению из гранул эластазы. В то же время нейтрофильная эластазоподобная протеаза значительно тормозит процесс свертывания крови, а катепсин С при длительной инкубации инактивирует XII фактор.
Нейтрофилы являются одним из источников синтеза транскобаламина – белка, связывающего витамин В12.
Нейтрофилопоэз. В условиях нормы содержание нейтрофильных лейкоцитов в периферической крови составляет от 2300 до 4500 в 1 мкл3. В первые сутки после рождения ребенка отмечается лейкоцитоз (15 000–30 000 в 1 мкл3), содержание нейтрофилов составляет около 65 %. К концу первого года жизни количество нейтрофилов в крови достигает миниума, после чего вновь возрастает и достигает значений взрослого человека к периоду полового созревания (13–15 годам).
Период созревания нейтрофилов в костном мозге составляет 8–14 суток, в то время как первоначальная фаза созревания нейтрофилов от миелобласта до метамиелоцита продолжается 6 суток. Дальнейшие этапы постмитотического созревания могут продолжаться до 14 суток, когда нейтрофилы приобретают способность к адгезии, фагоцитозу, а на их мембране появляются рецепторы к хемотоксинам. Ежедневно из костного мозга в кровоток поступает 1010 нейтрофилов. В крови содержится около 6×1010 нейтрофилов, в равной мере рапределенных между циркулирующим и маргинальным пулом. Содержание нейтрофилов в 1 мкл в норме составляет 3500 клеток, уменьшение их количества ниже 500 в 1 мкл приводит к развитию иммунодефициту и инфекции. Полупериод циркуляции нейтрофилов в крови 6 часов, после чего они мигрируют в ткани и в кровь не возвращатся.
Касаясь участия нейтрофилов в метаболизме тканей и межклеточном взаимодействии, необходимо отметить, что нейтрофилы располагают большим количеством кислых гидролаз, способных разрушить коллаген, эластин, фибриноген, фибрин, способны продуцировать IL-1, IL-3, IL-8, TNFα, колониестимулирующие факторы.
Нейтрофилы способны взаимодействовать с клетками разного типа: эозинофилами, фибробластами, базофилами, тучными клетками, секретируют сигнальные молекулы.
В функциональном отношении нейтрофилы представляют собой гетерогенную популяцию: различают нативные (покоящиеся) нейтрофилы, праймированные, подготовленные к последующей активации и активированные. Праймированные лейкоциты интенсивно продуцируют свободные радикалы и цитокины (TNFα, IL-8), обладают выраженным повреждающим действием на различные органы и ткани за счет активации фосфолипазы А2.
Морфологические и фукциональные особенности эозинофилов
У здоровых лиц количество циркулирующих в периферической крови эозинофилов составляет 0–5 % и не превышает 1 % от общего количества эозинофилов, содержащегося в костном мозге и периферических тканях. Кровь для них, как и для других видов лейкоцитов, является лишь транспортной системой. Основные функциональные свойства эозинофилов реализуются вне кровотока в периферических тканях.
Для эозинофильных лейкоцитов характерно наличие суточных колебаний, что связано с уровнем секреции глюкокортикоидов корой надпочечников. Установлено, что максимальное их количество в крови отмечается в утренние часы, а минимальное количество – в вечернее время.
Стимуляторами продукции эозинофилов в костном мозге являются IL-3 и IL-5, эозинофилы проходят те же стадии развития, что и нейтрофилы.
Эозинофилы созревают в костном мозге в течение 24 часов, а затем в течение 3–4 суток зрелые эозинофилы остаются в костном мозге. По мере созревания клеток уменьшается ядро, исчезают ядрышки, увеличиваются количество и размеры эозинофильных гранул, повышается активность многих гидролитических ферментов.
Выходящие в кровоток эозинофилы циркулируют там не более 5 часов и постепенно переходят в ткани. Максимальное их количество обнаруживается в подслизистом слое желудочно-кишечного тракта. Повторно в кровоток они не возвращаются, разрушаются в тканях и выделяются через желудочно-кишечный тракт.
Эозинофилы имеют округлую форму, диаметр в пределах 12 мкм, ядро двулопастное, цитоплазма почти полностью заполнена специфическими гранулами, которые окрашиваются в ярко-красный или оранжевый цвет при окраске по Романовскому. Гранулы содержат в большом количестве пероксидазы, β-глюкоронидазу, а также полисахариды, аминокислоты, кислую фосфатазу и могут рассматриваться как лизосомы.
Эозинофильные гранулы содержат особую группу бактерицидных веществ, в частности эозинофильный катионный протеин, белковые кристаллы Шарко-Лейдена. Последние имеют вытянутую шестиугольную форму и обладают активностью лизофосфолипазы, подавляющей повреждающее действие некоторых лизофосфолипидов на ткани.
Основную часть энергии для жизнедеятельности эозинофилы получают в результате аэробного и анаэробного гликолиза. В качестве энергетического субстрата используется глюкоза, ее метаболизм осуществляется гликолитическим путем и выделяемая энергия утилизуется в виде АТФ, креатифосфата и гликогена.
Установлено повышение количества эозинофилов в крови (за пределы суточных колебаний – эозинофилия) при различных аллергических реакциях, глистных инвазиях и аутоиммунных заболеваниях, что указывает на роль эозинофильных лейкоцитов в развитии воспалительных, иммуноаллергических реакций организма, гиперчувствительности немедленного и замедленного типов, причем установлена максимальная концентрация эозинофилов в тех тканях, которые являются местом развития вышеуказанных реакций.
Функции эозинофилов обеспечиваются, прежде всего, их способностью к амебовидному перемещению под действием различных хемотаксических факторов, образующихся при сенсибилизации и аллергизации организма. Ряд факторов освобождается из гранул базофилов и тучных клеток. Они называются эозинофильными хемотаксическими факторами анафилаксии. Вторая группа соединений, вызывающих хемотаксис эозинофилов, выделется Т-лимфоцитами при их взаимодействии с макрофагами. Установлена способность сегментоядерных нейтрофилов выделять стимулятр хемотаксиса эозинофилов. Определенной хемотаксической активностью обладает также гистамин.
Таким образом, хемотаксис эозинофилов приводит к их скоплению в очагах воспаления, в местах развития иммунологических реакций, где они принимают участие в метаболизме гистамина. Эозинофилы обладают способностью фагоцитировать гранулы с гистамином, выделяемые тучными клетками и базофилами. Кроме того эозинофилы содержат фермент гистаминазу с высокой активностью, вызывающую инактивацию поглощенного гистамина. Есть данные, что эозинофилы обеспечивают также простой транспорт гистамина к органам выделения. В эозинофилах обнаружен фактор, тормозящий выделение гистамина из базофилов и тучных клеток.
В участках воспаления эозинофилы обеспечивают инактивацию брадикинина и ряда других биологически активных вещест. Таким образом, за счет функциональных особенностей эозинофилы предотвращают развитие воспалительных и аллергических реакций.
Следующая функция эозинофилов – их способность к фагоцитозу в отношении микробных клеток, комплексов антиген-антитело, благодаря чему они рассматриваются в роли микрофагов наряду с нейтрофильными лейкоцитами. Бактерицидное действие эозинофилов не является идентичным таковому у нейтрофилов, хотя оно также связано с активацией пероксидазы, усилением окисления глюкозы, утилизации кислорода и т.д.
Эозинофилы принимают участие в процессах свертывания крови и фибринолиза в связи со способностью синтезировать плазминоген.
Миграция эозинофилов в кровь при воспалении регулируется в основном IL-5, адгезию вызывают IL-1, TNF, IL-4, индуцирующие экспрессию эндотелиальных адгезивных молекул.
Морфологические и функциональные особенности базофилов
Базофилы представляют собой наименьшую популяцию гранулоцитов периферической крови и костного мозга; их содержание в крови взрослых лиц составляет 0–1 %. Созревание базофилов в костном мозге занимает около 1,5 суток. В течение нескольких суток зрелые базофилы депонируются в синусах костного мозга и в периферическую кровь выходят через 2,5–7 дней. В периферической крови базофилы циркулируют в среднем около 6 часов.
Зрелый базофил – клетка с диаметром 8–10 мкм, ядро неправильной формы или трехлопастное, цитоплазма имеет голубоватую окраску, но она заполнена гранулами пурпурного цвета, занимающими всю цитоплазму. Гранулы очень богаты гистамином, содержат половину гистамина, находящегося в периферической крови. В гранулах также содержатся в большом количестве мукополисахариды, среди которых различают гепарин, гиалуроновую кислоту и небольшое количество гликогена.
Продукция энергии в базофилах осуществляется главным образом за счет окислительного фосфолирирования, процессы которого обеспечиваются высоким содержанием в базофилах митохондрий и окислительных ферментов.
Функции базофилов связывают с их участием в аллергических и воспалительных реакциях за счет содержания в них биологически активных веществ, в частности, гистамина и гепарина.
Дегрануляция и освобождение гистамина из базофилов осуществляется под воздействием гуморальных факторов, в частности иммуноглобулинов Е, реже G. На мембране базофила имеется от 30 000 до 100 000 рецепторов для IgE, причем от 10 000 до 40 000 этих рецепторов могут фиксировать на себе IgЕ с помощью Fc-фрагмента. Процесс дегрануляции может осуществляться и под действием неиммуных факторов, в частности ц-3,5-АМФ. Уменьшение содержания его в клетках сопровождается освобождением внутриклеточного гистамина.
В сенсибилизированном организме дегрануляция базофилов происходит в кровеносном русле, в костном мозге, тканях, что определяет клинику крапивницы, сенной лихорадки и других аллергических заболеваний.
Рассматривая роль базофилов в развитии гиперчувствительности немедленного и замедленного типов, необходимо отметить их способность к направленному движению, что обеспечивает их поступление в зоны иммунологических реакций.
Важнейшими хемотаксическими факторами базофилов являются лимфокины, выделяемые сенсибилизированными Т-лимфоцитами.
Базофильные лейкоциты обладают также способностью к фагоцитозу, хотя данная функция и не является ведущей. Описана способность базофилов захватывать частички и сенсибилизированные эритроциты с формированием фагосомы.
Базофилы могут оказывать влияние на системы свертывания крови и фибринолиза. В базофилах содержатся ряд прокоагулянтных факторов, калликреин, вазоактивные амины.
В то же время гепарин является антикоагулянтом, обеспечивающим наряду с антитромбином III около 85 % всей антикоагулянтной активности крови.
Следующая не менее важная функция базофилов – это их участие в регуляции жирового обмена, так как выделяющийся при дегрануляции базофилов гепарин способен активировать липопротеиновую липазу, регулирующую расщепление В-липопротеидов.
Анализируя в целом биологическую значимость гранулоцитов периферической крови, следует прежде всего отдать должное фагоцитарной активности нейтрофилов, обеспечивающих не только развитие неспецифической резистентности против пиогенной микрофлоры, но и формирование синдрома системного воспалительного ответа с участием эндокринной, иммунной систем, а также ряда внутренних органов и тканей. В то же время базофильные лейкоциты, носители значительного количества вазодилататорных субстанций, играют важную роль в развитии локальных и системных гиперергических воспалительных реакций. Между тем эозинофилы, выполняя определенную фагоцитарную функцию, обеспечивают в значительной мере инактивацию многих медиаторов альтерации.