10.7. Фагоцитоз

Фагоцитоз – це активне поглинання і перетравлювання клітинами-фагоцитами твердого матеріалу.

Поворотним моментом в історії вчення про запальну реакцію стала створена І. І. Мєчніковим фагоцитарна теорія запалення. Його дослідження були розпочаті в 1865 р. в Гессені, де він вивчав війчастого хробака і з’ясував, що травлення в хробаків відбувається внутрішньоклітинно, як у найпростіших тварин, а не в спеціальній травній порожнині, як у вищих тварин. Клітини, у яких відбувався травний процес, були мезодермальними і відрізнялися деякою рухливістю.

У 1882 р., тобто через 17 років, протягом яких продовжувалися ці дослідження, у І. І. Мєчнікова виникла гіпотеза про роль внутрішньоклітинного травлення в захисті організму від мікробів. Спостерігаючи під мікроскопом за життям рухливих клітин у прозорої личинки морської зірки, він припустив, що подібні клітини повинні протидіяти шкідливим впливам в організмі:«... Якщо моє припущення справедливе, то скалка, вставлена в тіло личинки морської зірки, повинна бути за короткий термін оточена рухливими клітинами, що налізають на неї, подібно до того, як це спостерігається у людини, яка загнала в палець колючку...». Так з’явилася думка про фагоцитарну теорію запалення.

Проти теорії фагоцитозу виступили Р. Кох, П. Ерліх та ін. П. Ерліх, зокрема, обґрунтував гуморальну теорію імунітету, що надалі одержала повне підтвердження.

Ця теорія здавалась у той час природним протиставленням фагоцитарній і гуморальній теоріям. Тому Нобелівська премія 1908 р. була присуджена двом дослідникам: І. І. Мечнікову і П. Ерліху. На прохання І .І .Мєчнікова віденський зоолог Р. Клаус переклав грецькою мовою словосполучення «пожираючі клітини», так народилося слово «фагоцит». Усі фагоцитуючі клітини І. І. Мєчніков розподілив на мікро-і макрофаги.

До мікрофагів належать поліморфно-ядерні лейкоцити (нейтрофіли, еозинофіли, базофіли). Клітини малих розмірів, рухливі, локалізуються переважно в судинах, мають сегментоване ядро, секретують протеолітичні ферменти. Вони фагоцитують мікроорганізми.

До макрофагів належить система мононуклеарних фагоцитів (моноцити, гістіоцити). Клітини великих розмірів мають велике ядро, секретують ліполітичні ферменти, містяться як у судинах, так і у тканинах, які багаті на судини, передають антигенну інформацію, необхідну для утворення антитіл. Макрофаги поглинають більш великі частки, в тому числі й клітини та їхні уламки.

Зберігається певна послідовність виходу різних форм лейкоцитів при гострому запаленні: спочатку емігрують нейтрофіли, пізніше моноцити. До еміграції здатні також еозинофіли, базофіли й активовані лімфоцити. До системи фіксованих у тканинах макрофагів належать макрофаги, що утворюються з моноцитів крові. Основним місцем еміграції лейкоцитів є посткапілярні венули.

Еміграція (від лат. emigrare – виселятися, переселятися) – вихід лейкоцитів із судин у тканину.

Нейтрофільні лейкоцити – перші лейкоцити, що інфільтрують зону запалення, забезпечують ефективний захист від бактеріальних і грибкових інфекцій. Це високодиференційовані рухливі клітини, які живуть недовго, швидко знаходять свої мішені і починають їхнє поглинання (фагоцитоз), пов’язане з респіраторним вибухом, утворенням фагосоми та дегрануляцією.

Якщо рана не інфікована, вміст нейтрофілів у ній починає швидко знижуватися і вже через 2-3 доби серед лейкоцитів осередку запалення переважають макрофаги.

Макрофаги осередку запалення утворюються з моноцитів крові, що починають емігрувати з мікроциркуляторних судин на кілька годин пізніше за нейтрофіли.

Моноцити крові – відносно незрілі клітини, що диференціюються в різні типи макрофагів уже після свого надходження в тканині. В осередку запалення вони перетворюються в дуже активні так звані запальні макрофаги. Подібно до нейтрофілів, запальні макрофаги – рухливі клітини, що захищають організм від інфекційних агентів, що проникли в нього, за допомогою фагоцитозу. Вони здатні секретувати лізосомні ферменти і кисневі радикали.

Однак макрофаги відрізняються від нейтрофілів багатьма властивостями, які роблять ці клітини особливо важливими на більш пізніх стадіях гострого запалення та у механізмах загоєння рани. Серед цих властивостей насамперед необхідно відзначити значно більшу, ніж у нейтрофілів, тривалість життя макрофагів у осередку запалення. У макрофагів вона виміряється місяцями, тоді як у нейтрофілів – 1-2 доби. Макрофаги мають здатність розпізнавати, а потім поглинати ушкоджені нежиттєздатні клітини власного організму, в тому числі й нейтрофіли. З цим пов’язана їхня надзвичайна роль у «збиранні» запального ексудату.

Макрофаги – головні клітини, що беруть участь у розчиненні і видаленні з осередку запалення ушкодженої сполучної тканини, що необхідно для наступної реконструкції тканин. Вони синтезують і секретують нейтральні протеази, що руйнують зовнішньоклітинні колагенові й еластинові волокна сполучної тканини: еластазу, колагеназу, активатор плазміногену. Ферменти утворюються в результаті позаклітинного протеолізу сполучнотканинного матриксу, поглинаються потім макрофагами за допомогою спеціальних рецепторів і розкладаються внутрішньоклітинно із залученням лізосомальної системи.

Макрофаги відіграють одну з ключових ролей у загоєнні ран. У тварин, позбавлених мононуклеарних фагоцитів в експерименті, рани не гояться. Це зумовлено, зокрема, тим, що макрофаги секретують фактори росту для фібробластів та інших мезенхімальних клітин, продукують фактори, що збільшують синтез колагену фібробластами, та є джерелом факторів, керуючих різними етапами ангіогенезу – реваскуляризації ушкодженої тканини.

Нарешті, активовані макрофаги продукують поліпептидні гормони, що є медіаторами «відповіді гострої фази»: інтерлейкін-1, фактор некрозу пухлин, інтерлейкін-6. Еміграція лейкоцитів зумовлена появою в осередку запалення спеціальних медіаторів – хемоатрактантів.

Хемоатрактанти – речовини, що викликають позитивний хемотаксис лейкоцитів, тобто активний рух лейкоцитів у напрямку найбільшої концентрації цих речовин. Роль хемоатрактантів виконують речовини, які продукуються бактеріями, клітинами, що беруть участь у запаленні (тромбоцитами, тучними клітинами, клітинами судинного ендотелію, фібробластами і самими лейкоцитами), а також утворюються з білків і міжтканинної рідини.

Послідовність залучення різних хемоатрактантів у процес еміграції лейкоцитів досить складна і залежить від багатьох факторів (Д. М. Маянський). Багато хемоатрактантів впливають на різні форми лейкоцитів. Існують, однак, і специфічні хемоатрактанти, що впливають на будь-яку одну форму лейкоцитів.

До найсильніших хемоатрактантів бактеріального походження належать ліпополісахариди – унікальний клас речовин, що входить до складу бактеріальних ендотоксинів. Іншу групу хемоатрактантів бактеріального походження утворюють пептиди, аналогом яких є синтетичний пептидний хемоатрактант – форміл-метіоніл-лейцил-фенілаланін (ФМЛФ).

До найбільш сильних ендогенних хемоатрактантів належать фрагменти комплементу, який активується при запаленні, особливо фрагмент С5а, лейкотрієн В, фактор активації тромбоцитів (ФАТ), калікреїн.

Одна з найважливіших функцій лейкоцитів, що вийшли із судин в осередок запалення – фагоцитоз.

Значення фагоцитозу в механізмах стійкості організму до дії різних патогенних бактерій було вперше оцінене і сформульовано І .І. Мєчніковим. Однак слід відзначити, що не всі клітини, що вийшли в осередок запалення, здатні до фагоцитозу (облігатні фагоцити). Функції інших клітин (нейтрофіли, моноцити, макрофаги, еозинофіли) взагалі різні, але є і спільні, наприклад, здатність генерувати агенти, що окиснюються, до «обробки» ними клітин-мішеней.

У ході фагоцитозу розрізняють 4 стадії: наближення (хемотаксис), прилипання, поглинання, перетравлення.

Хемотаксис – процес активного руху лейкоцитів до хімічних подразників (наприклад, до продуктів протеолізу тканин).

Одним з головних «пускових» механізмів хемотаксису вважають переміщення лейкоцитів за градієнтом концентрації речовин, які з’являються в осередку запалення. У результаті біохімічних досліджень були отримані нові дані про те, що цей процес істотно регулюється речовинами, які знаходяться в плазмі та ексудаті і чинять на пересування клітин, зокрема нейтрофілів, як стимулюючу, так і інгібуючу дію. У процесі вироблення цих речовин анаероби продукують інгібітор хемотаксису, що зумовлює тяжкий перебіг інфекційних хвороб. Розрізняють хемотаксис позитивний (рух до об’єкта фагоцитозу) та негативний (рух фагоцита від об’єкта фагоцитозу).

Позитивний хемотаксис викликають мікроби, мікробні продукти та інші хемотропні речовини (лейкотаксин, аденілові нуклеотиди).

Негативний хемотаксис спричиняють речовини, подібні до хініну.

Прилипання, або атракція. Доторкнувшись до об’єкта, фагоцит прикріплюється до нього. Основним механізмом прилипання є опсонізуючий ефект плазми. Він зумовлюється тим, що існуючі в плазмі імуноглобуліни однією частиною своєї молекули зв’язані з поверхнею мікроба, а іншою – з поліморфно-ядерними лейкоцитами, у результаті чого і відбувається фіксація мікроба на поверхні нейтрофіла. Сироваткові фактори, які називаються опсонінами та «підготовлюють» бактерії до поглинання їх лейкоцитами та макрофагами, виділили на початку віку A. Wrіghtта S. Dayglas (1903). За відсутністю опсонінів фагоцитоз виявляється менш ефективним або взагалі не відбувається. У наш час найбільш важливими сироватковими опсонінами, що сприяють фагоцитозу бактерій поліморфно-ядерними лейкоцитами і моноцитами, є система комплементу й імуноглобуліни.

Захоплення, чи занурення об’єкта у фагоцит. Розрізняють два механізми занурення:

1. Об’єкт фагоцитозу в місці контакту з фагоцитом втягується в клітину, а вільні краї мембрани стуляються над об’єктом. Утворюється вакуоль, стінкою якої є інвагінована ділянка зовнішньої мембрани; всередині вакуолі – фагоцитована частка.

Утворення псевдоподій, що обволікають об’єкт фагоцитозу і стуляються над ним таким чином, що, як і в першому випадку, фагоцитована частка виявляється у вакуолі усередині клітини. Існує точка зору, що фагоцити здатні поглинати об’єкт обома способами. Забезпечення механізму поглинання відбувається внаслідок зміни фазового стану ектоплазми, що зумовлює зниження пружності мембрани в місці контакту з поглиненим об’єктом, а також за рахунок біологічно активних речовин, що знаходяться в плазмі й ексудаті.

Внутрішньоклітинне перетравлення тісно пов’язане з двома процесами: продукцією активних метаболітів кисню і дегрануляцією. Продукція активних метаболітів кисню – головних бактерицидних речовин фагоцитів – починається після контакту фагоцитів з опсонізованими бактеріями. Саме в цей час фагоцити, що за звичайних умов використовують для поповнення енергії анаеробний гліколіз, починають посилено поглинати кисень. Виникає так званий респіраторний вибух (Д. М. Маянський, 1989).

Виникнення респіраторного вибуху пов’язано з активацією цитоплазматичної НАДФ, ОН-оксидази й утворенням різних токсичних продуктів (гіпохлорит, токсичні хлораміни та ін.). Встановлено, що висока концентрація всіх продуктів респіраторного вибуху створюється всередині фагосоми, тоді як цитоплазма фагоцита запускається від ушкоджувальної дії цих речовин ферментами супероксиддисмутазою і каталазою.

Значна частина внутрішньоклітинних перетворень поглиненого при фагоцитозі об’єкта пов’язана з дегрануляцією – переходом вмісту цитоплазматичних гранул фагоцитів усередину фагосоми. Цитоплазматичні гранули всіх облігатних фагоцитів містять велику кількість БАР – переважно ферментів, що беруть участь у «вбивстві» – наступному ушкодженні інших поглинених об’єктів.

Основним механізмом внутрішньоклітинного перетравлення є дія кислих гідролаз, що містяться у лізосомах і переміщених у травну вакуоль під час контакту (вакуоль, що містить фагоцитований об’єкт і лізосоми).

У залежності від результатів внутрішньоклітинного перетравлення розрізняють фагоцитоз завершений (повне руйнування об’єкта) і незавершений (мікроби можуть залишитися життєздатними, зруйнувати об’єкт і навіть використовувати його як середовище розмноження). Частки, що не можуть бути перетравлені фагоцитами, тривалий час залишаються в клітинах, де обволікаються тонкою мукополісахаридною плівкою. Після загибелі клітини такі частки піддаються повторному фагоцитозу або виводяться видільними органами. Фагоцитоз відбувається в широкому інтервалі рН: від 6,5 до 8.

Підвищення фагоцитозу спостерігається при гіперемії, лихоманці, імунізації, підвищенні реактивності організму. Зниження фагоцитозу відзначене при гіпотермії, гіповітамінозах, дефіциті статевих гормонів, гіпотиреозі та ін. Порушення фагоцитозу можливе при спадковій патології фагоцитів (порушенні метаболізму полісахаридів у лейкоцитах (хвороба Альдера), порушенні дозрівання фагоцитів (хвороба Чедіака-Хігаші) та ін., а також у результаті набутої недостатності фагоцитозу (променева хвороба, білкове голодування, старечий вік, тривала гормональна терапія та ін.).

Отже, можна з повним правом стверджувати, що І. І. Мєчнікову належить відкриття, детальна розробка і загальнобіологічна інтерпретація центральної ланки запальної реакції і фагоцитозу. З утвердженням фагоцитарної теорії вперше до традиційної оцінки запальної реакції як синоніма хвороби приєдналося принципово інше її трактування, відповідно до якого запалення розглядається не як основний прояв хвороби, а як захисна реакція організму проти неї.