Мечников відкрив явище фагоцитозу - здатність певних клітин поглинати і перетравлювати щільні частинки. Ці клітини він назвав фагоцитами. Розрізняють фагоцити рухливі і фіксовані. До рухомих фагоцитів відносяться лейкоцити. Схему механізму фагоцитозу бачимо на рисунку 2.1

Рис. 2.1 Механізм фагоцитозу [http://go. mail.ru]

Походження фагоцитів За допомогою маркерних хромосом, радіоактивних міток і імунологічних реакцій можна вивчати походження різних фагоцитів. Було встановлено існування системи фіксованих в тканинах макрофагів, що походять з моноцитів крові. Морфологія, функція і розвиток цієї системи мають свої особливості. Моноцити кістковомозкового походження мігрують в тканини і стають тканинними макрофагами. До них відносяться: макрофаги сполучної тканини; клітини Високович-Купфера в печінці; альвеолярні макрофаги легень; макрофаги кісткового мозку; вільні і фіксовані макрофаги селезінки; макрофаги порожнин - перитонеальні та плевральні, а також імовірно макрофаги кісткової тканини і мікроглія центральної нервової системи. Ці клітини характеризуються високою здатністю до фагоцитозу і піноцитозу. На їх мембранах є рецептори для фіксації антитіл, завдяки чому вони здатні здійснювати імунний фагоцитоз як з фіксацією комплементу, так і без неї.

Від моноцитів і тканинних макрофагів відрізняють факультативні "непрофесійні макрофаги" - фібробласти і ретикулярні клітини. Вони мають низьку фагоцитарну активність, яка не залежить від імуноглобулінів і комплементу, бо на їх мембранах, мабуть, немає відповідних рецепторів для фіксації цих речовин. В систему мононуклеарних фагоцитів не належать також дендритні макрофаги селезінки і лімфатичних вузлів.

Стадії фагоцитозу. Розрізняють чотири стадії фагоцитозу.

· Перша стадія - стадія зближення. Фагоцит зближується з об'єктом фагоцитозу, що може бути результатом випадкового зіткнення в рідкому середовищі. Але головним механізмом зближення, мабуть, є хемотаксис - спрямоване пересування фагоцита стосовно об'єкту фагоцитозу. Активне пересування виразно спостерігається при наявності опорної поверхні клітини. Подібною поверхнею в природних умовах служить тканина.

Про активний характер хемотаксиса свідчить затрата клітиною енергії, витрачання АТФ (гліколітичні отрути блокують пересування клітини). Введення в певні клітини АТФ в концентрації, близької до концентрації її в цитоплазмі, в два рази прискорює рух цитоплазми. Енергія використовується клітиною головним чином на зміну фізико-хімічного стану клітинної оболонки і прилеглій до неї ектоплазми, що у стані гелю (плазмогелю). Між фагоцитом і об'єктом фагоцитозу в рідкому середовищі встановлюється градієнт концентрації речовини, що виходить із об'єкта та чинного на мембрану фагоцита. При цьому плазмогель переходить в плазмозоль. На протилежній стороні клітини відбувається скорочення плазмогеля, що призводить до проштовхування ендоплазми в "тунель" плазмозоля. Утворюється випинання оболонки, але при певній мірі розтягування мембрани ектоплазма знову переходить в гель. Цикл повторюється, і клітина здійснює рух в просторі.

Згідно з іншим поданням про механізм руху, плазмогель скорочується не в задній частині клітини, а на її передньому кінці в ділянках, прилеглих до плазмозолю. Ендоплазма здавлюється і зрештою переміщається в зону зі зниженою пружністю. Є дані про те, що клітини можуть переміщатися обома способами.

Вважають, що в основі переходу ектоплазми з одного фазового стану в інший лежить зміна конфігурації білкових молекул, причому розгортання поліпептидних ланцюжків призводить до утворення гелю, а розрідження відбувається в результаті згортання поліпептидних ланцюжків і переходу білків в глобулярні форми.

Скорочувальна здатність плазмогеля пояснюється, мабуть, існуванням в рухливих клітинах білка, схожого з актоміозином. Цей білок здатний скорочуватися в присутності АТФ.

Утворені в результаті переміщення цитоплазми випинання клітинної оболонки мають спочатку вигляд довгих тонких ниток (псевдоподії). Перше велике значення в утворенні псевдоподій і механізмі хемотаксиса надавали зміни поверхневого натягу мембрани. Однак виявилося, що хемотаксис неможливий при порушенні здатності ектоплазми міняти свій фазовий стан незважаючи на зниження поверхневого натягу в середовищі фагоциту. Таким чином, зниження поверхневого натягу є, можливо, одним з стартових факторів, але не основним механізмом хемотаксиса.

Розрізняють хемотаксис позитивний (рух фагоцита до об'єкта фагоцитозу) і негативний (рух фагоцита від об'єкта фагоцитозу). Для формування імунітету важливо знати, що позитивний хемотаксис викликається мікробами і мікробними продуктами. Фагоцити переміщуються також до ділянки ушкодження тканин тварини, причому особливо сильні хемотропні продукти утворюються при контакті пошкоджених клітин з плазмою крові. Вважають, що ці продукти утворюються під дією ферментів крові, компонентів системи комплементу. Продукти розпаду білків - поліпептиди - більш хемотропні, ніж колоїдні білки.

Хемотропність речовини не обов'язково передбачає активне його поглинання фагоцитом. Яєчний жовток стимулює рух макрофагів, але поглинається слабо. Туберкульозні палички, навпаки, мають слабку хемотропність, але фагоцитуються доволі активно. Частинки туші, енергійно захоплені фагоцитами, зовсім не хемотропні, оскільки не містять розчинних компонентів. Для спрямованого пересування вимагається, щоб в рідкому середовищі між об'єктом фагоцитозу і фагоцитом встановився градієнт концентрації хемотропної речовини, що виходить із фагоцитуючої частинки.

Від'ємний хемотаксис викликається хініном і рядом інших речовин.

Швидкість пересування в звичайних умовах найвища у нейтрофілів - 40-50 мкм / хв, еозинофілів - 1,5-9, лімфоцитів - до 30 мкм / хв.

· Друга стадія - стадія прилипання. Торкнувшись об'єкта, фагоцит прикріплюється до нього. Лейкоцити, які прилипли у вогнищі запалення до стінки судини, не відриваються навіть при великій швидкості кровотечі. В механізмі прилипання велику роль грає поверхневий заряд фагоцита.І.Г. Савченко в 1910 р виявив, що за відсутності електролітів фагоцитоз не відбувається. Поверхня фагоцитів заряджена негативно. Тому найкраща адгезія спостерігається, якщо об'єкти фагоцитозу заряджені позитивно; гірше захоплюються негативно заряджені частинки. Цим, зокрема, пояснюють погане фагоцитування пухлинних клітин, що мають негативний заряд, подібний за величиною із зарядом лейкоцитів. Проте, фагоцитоз негативно заряджених частинок відбувається, що свідчить про існування різних механізмів прилипання. Так, в ряді фагоцитуючих клітин на поверхні мембран виявлені мукополісахариди, що сприяють прилипанню. Прилипанню сприяє також зменшення в'язкості цитоплазми фагоцита і оточення об'єкта фагоцитозу сироватковими білками, особливо імунними глобулінами, в чому полягає ефект опсонізації, тобто полегшення і інтенсифікація фагоцитозу при попередньому дії на об'єкт антитіл.

· Третя стадія - стадія поглинання. Об'єкт фагоцитозу може переміщатися двома способами. В одному випадку оболонка фагоцита в місці контакту з об'єктом втягується і об'єкт, прикріплений до цієї ділянки оболонки, втягується в клітину, а вільні краї мембрани змикаються над об'єктом. Утворюється відокремлена від зовнішньої мембрани і від навколишнього цитоплазми вакуоля, що містить фагоцитовану частинку. Стінкою вакуолі є ділянка зовнішньої мембрани. Подібним чином макрофаги легень поглинають вугільний пил і еритроцити.

Другий механізм поглинання - утворення псевдоподій, які обволікають об'єкт фагоцитозу і змикаються над ним так, що, як і в першому випадку, фагоцитована частка виявляється закладена у вакуолі всередині клітини. За допомогою псевдоподій макрофаги поглинають мікробів. Мабуть, багато фагоцитів здатні поглинати об'єкт обома способами.

Процеси, що лежать в основі стадії поглинання, аналогічні гаковим при хемотаксисі. Змінюється фазовий стан ектоплазми, зумовлюючи зниження пружності мембрани в місці контакту з поглинутим об'єктом. Завдяки скорочувальним властивостям оболонки фагоцита, відбувається переміщення цитоплазми і втягування або обволікання об'єкта. Оточуюча об'єкт мембрана на цій стадії не порушується, але в ній відбуваються складні молекулярні процеси перебудови. Про це свідчить збільшення включень радіоактивного фосфору в ліпідні клітини, в тому числі в ліпідні оболонки.

· Четверта стадія - стадія внутрішньоклітинного перетравлення. До вакуолі, що містить фагоцитований об'єкт, приєднуються лізосоми з неактивними ферментами, і, активуючись, виливаються у вакуолі. Утворюється травна вакуоля.

У ній встановлюється рН середовище близько 5,0, що близьке до оптимуму ферментів лізосом. Лізосоми містяться в фагоцитуючих клітинах у великій кількості, зокрема, зернистість гранулоцитів являє собою первинні, неактивовані лізосоми. В лізосомах є широкий спектр ферментів, у тому числі біологічні макромолекули рибонуклеази, протеази, амілази, ліпази. Фагоцити відрізняються один від одного набором ферментів. В нейтрофілах виявлені дезоксирибонуклеаза, рибонуклеаза, пептідази, ліпаза, амілази, кисла і лужна фосфатази, мальтаза, сахараза, пероксидаза, лізоцим. На відміну від нейтрофілів, макрофаги містять більше ліполітичних ферментів і естерази.

На рисунку 2.3 чітко видно кожну стадію фагоцитозу.

Рис. 2.3 Стадії фагоцитозу [http://med-study.ru]

Енергетичне забезпечення фагоцитозу Фагоцитоз супроводжується вираженою зміною вуглеводного обміну клітини. Підвищується споживання глюкози. Посилюється гліколіз і накопичується молочна кислота. Для більшості фагоцитів - це головне джерело енергії, оскільки вони є факультативними анаеробами. Спостерігається певна залежність між інтенсивністю фагоцитозу і диханням. Споживання кисню при поглинанні кожним нейтрофілом двох-трьох мікробів підвищується на 10-20%, а при фагоцитуванні більшої кількості мікробів споживання кисню може подвоїтися. Все ж процес фагоцитозу в більшості випадків не порушується при отруєнні ціанистими солями та іншими блокаторами дихання. Навпаки, гліколітичні отрути (йодацетат, фторид натрію) значно гальмують фагоцитоз.

Виняток із загального правила представляють макрофаги легень, які не здатні фагоцитувати в анаеробних умовах. Фагосоми, в яких здійснюється внутрішньоклітинне переварювання об'єктів фагоцитозу, є тимчасовими функціональними субклітинними органелами. Залежно від результатів внутрішньоклітинного травлення, розрізняють фагоцитоз завершений (повне руйнування об'єкта) і незавершений. При незавершеному фагоцитозі, наприклад при поглинанні гонококів в неімунізованому організмі, мікроби можуть залишитися життєздатними, зруйнувати фагоцит і навіть використовувати його в якості середовища розмноження.

Частинки, які не можуть бути переварені фагоцитами, тривалий час залишаються в клітинах, де обгортуються тонкою мукополісахаридною плівкою. Після загибелі клітини такі частинки піддаються повторному фагоцитозу або виводяться видільними органами. На відміну від вугілля, наприклад, частинки кремнію небезпечні для клітини. Сполуки кремнію призводять до порушення мембрани лізосом і активні ферменти фагосоми приходять в контакт з цитоплазмою клітини. Фагоцит гине. В цьому випадку, як правило, продукти розпаду фагоцита разом з частинками кремнію фагоцитуються повторно, що в свою чергу призводить до загибелі чергової клітини. Розвивається важке захворювання - силікоз.

У звичайних умовах частина продуктів після перетравлення може бути виділена фагоцитом в навколишнє середовище. Цей процес називається екструзією і за механізмом подібний з фазою поглинання, але відбувається у зворотному напрямку. Всі процеси поглинання клітиною називають ендоцитозом, а процеси виділення - екзоцитозом.

Здатність поглинати відносно великі частки збереглася тільки в певних клітинах вищих тварин - фагоцитах - і має переважно захисний характер.

Регуляція фагоцитозу У цілісному організмі фагоцити володіють відомою автономністю. Автономність фагоцитів проявляється в тому, що фагоцитоз здійснюється і поза організмом. Це має велике значення, оскільки фагоцити здатні функціонувати там, де інші клітини гинуть, наприклад на всій поверхні слизових, в ділянках пошкодженої тканини. Фагоцитоз відбувається в широкому інтервалі рН - від 6,5 до 8.

До факторів, стимулюючих фагоцитоз, в першу чергу ставляться продукти пошкодження власних тканин організму. Макрофаги починають поглинати еритроцити власного організму, якщо кров деякий час перебувала поза організмом.

Серед продуктів руйнування важливу роль відіграють внутрішньоклітинні білки, в тому числі ферменти, а також поліпептиди, амінокислоти, аміни, аденілова кислота, електроліти. Особливо сильні стимулятори фагоцитозу з'являються в пошкодженої тканини після контакту її з плазмою крові, яка містить різноманітні ферменти, зокрема протеолітичні. При цьому, очевидно, утворюється велика кількість біологічно активних сполук, зокрема тістамін, стимулюючий фагоцитоз.

Виражена стимуляція фагоцитозу і перехід до завершеного фагоцитозу спостерігається при опсонізації мікробів і клітин імунними глобулінами крові в присутності комплементу.

Ряд гормонів, зокрема статеві гормони і тироксин, стимулюють фагоцитоз, а дефіцит їх, так само як і дефіцит вітамінів, пригнічує його. Глюкокортикоїди пригнічують фагоцитоз і сприяють його незавершеності. Медіатори нервової системи впливають на фагоцитоз по-різному: адреналін в певних дозах стимулює, а ацетилхолін пригнічує процес.

Інтенсивність фагоцитозу пропорційна температурі навколишнього середовища. Підвищення температури тіла стимулює фагоцитоз.

Порушення фагоцитозу Порушення фагоцитозу можливе в таких випадках: при придушенні активності фагоцитів, порушенні їх утворення, а також при спадковій патології фагоцитів.

Придушення фагоцитозу може відбуватися під дією згаданих гормонів і медіаторів, а також при дефіциті ряду гормонів, вітамінів та електролітів. Порушення фагоцитозу може бути викликано дією гліколітичних отрут - монойодацетатом та ін. Ряд мікробних токсинів, мабуть, здатний пригнічувати фагоцитоз або окремі його етапи, що призводить до незавершеного фагоцитозу.

Порушення утворення фагоцитів, зокрема регенерації лейкоцитів, відбувається під дією інгібіторів синтезу нуклеїнових кислот та інших факторів, що порушують клітинний розподіл (наприклад, при радіоактивному опроміненні); можлива також спадкова нейтропенія.

Фагоцитарна активність лейкоцитів і кількість ряду ферментів в них різко знижені при лейкозі. Крім того, порушення фагоцитозу через первинні зміни лейкоцитів спостерігається при спадковому захворюванні Чедяка-Хігаші, при якому зернистість лейкоцитів аномально велика, а фагоцитоз зазвичай незавершений. Порушенням фагоцитозу супроводжується конституціональна гіперсегментація ядер лейкоцитів, а також хвороба Альдера - спадкове порушення метаболізму полісахаридів в лейкоцитах.

3. Поняття аутофагії