Механические и физиологические факторы защиты.
Одним из существующих препятствий на пути проникновения возбудителя во внутреннюю среду организма являются внешние покровы. В этом смысле кожа выполняет в первую очередь механическую, барьерную функцию. Кроме того, кожа подавляет колонизацию и размножение бактерий, поскольку характеризуется сниженным pH за счет присутствия в потовых выделения молочных и жирных кислот. Другим физическим препятствием являются слизистые покровы дыхательных путей и ЖКТ. Мерцательный эпителий этих морфологических образований удаляет проникшие бактерии. Механическим препятствием к колонизации являются также секреты слизи, слезных и слюнных желез. Кислотность желудка – еще один барьер на пути проникновения патогенов в организм. Действительно, лишь очень немногие микроорганизмы способны преодолеть низкое значение pH желудочного сока. А так же «выделительная» функция для удаления патогенов и токсинов с секретами слизистых оболочек, потом, мочой и калом.
Клеточные и гуморальные факторы защиты.
Фагоцитоз – поглощение гранулоцитами (нейтрофилами, эозинофилами, базофилами) и моноцитами/макрофагами частиц диаметром не более 0,1 мкм, в т.ч. бактерий или крупных макромолекулярных комплексов.
Естественные киллеры (NK), участвующие в уничтожении измененных клеток, обладающих противоопухолевым и противовирусным действием.
Внутриэпителиальные Тγδ-лимфоциты с неспецифической активностью, участвующие в уничтожении микробов. В1(CD5+)-лимфоциты, продуцирующие преимущественно полиспецифичные антибактериальные IgM.
Лизоцим (мурамидаза) разрушает пептидогликан (муреин) клеточных стенок бактерий.
Комплемент разрушает клетки, играет роль опсонина, анафилатоксина, хемоаттрактанта.
Фибронектин, белки острой фазы (в т.ч. С-реактивный белок, маннозосвязывающий лектин) обеспечивают неспецифическую нейтрализацию патогенов и опсонизацию, обеспечивающую эффективность фагоцитоза.
Цитокины:
ФНО, ИЛ-12, хемокины – воспаление
ИФН-α,-β – противовирусная резистентность
ИФН-γ – активация макрофага
ИЛ-12 – продукция ИФН-γ NK-клетками и Т-лимфоцитами
ИЛ-15 – пролиферация NK-клеток
ИЛ-10, ТФР-β – контроль воспаления.
Фагоцитоз
Фагоцитоз – поглощение гранулоцитами (нейтрофилами, эозинофилами, базофилами) и моноцитами/макрофагами частиц диаметром не более 0,1 мкм, в т.ч. бактерий или крупных макромолекулярных комплексов. Все фагоциты происходят из клеток-предшественников крови под влиянием цитокинов: Г-КСФ способствует дифференцировке в гранулоциты, а ГМ-КСФ – в моноциты и дендритные клетки.
Основные клетки-фагоциты – нейтрофилы и моноциты/макрофаги. Нейтрофилы находятся в крови до 7 часов, а затем скапливаются в капиллярах, чтобы сразу выйти за пределы кровотока в сторону хемотаксических факторов. Моноциты составляют 5-10%, а нейтрофилы – 60-70% лейкоцитов крови. Моноциты находятся в кровотоке около 12 часов. Поступая в ткань, моноциты формируют популяцию тканевых макрофагов: макрофаги соединительной ткани (гистиоциты), звездчатые ретикулоэндотелиоциты печени (купферовские клетки), остеокласты костной ткани, альвеолярные, плевральные и перитонеальные макрофаги, а также микроглия ЦНС, синовиальные клетки типа А и др. Моноциты и тканевые макрофаги объединяют в систему мононуклеарных фагоцитов.
Основная функция макрофага – фагоцитоз, презентация антигена Т-лимфоцитам, секреция цитокинов и повреждение клеток-мишеней (спонтанная и антителозависимая цитотоксичность).
Макрофаги выполняют защитную функцию еще до взаимодействия с другими иммунокомпетентными клетками (неспецифическая резистентность). Активация макрофага происходит после разрушения фагоцитируемого микроба, его процессинга и презентации антигена Т-лимфоцитам при межклеточном контакте через соответствующие пары молекул (MHC – TCR, CD40 – CD40L, CD80/86 – CD28).
В заключительную стадию иммунного ответа Т-лимфоциты выделяют цитокины (ИФН-γ), активирующие макрофаги (приобретенный иммунитет). Активированные макрофаги вместе с антителами и активированным комплементом (C3b, C3d, iC3b) осуществляют более эффективный фагоцитоз (иммунный фагоцитоз), разрушая фагоцитированные микробы.
Процесс фагоцитоза
Фагоцитоз является разновидностью эндоцитоза. Клетки организма поглощают эндоцитозом любые вещества из окружающей среды через специальные участки в своей мембране. Поглощение маленьких жидких частиц называется пиноцитозом, или жидкофазным эндоцитозом. Рецептор-опосредованный эндоцитоз начинается с взаимодействия объекта эндоцитоза с рецепторами мембраны клетки и формирования мембранных «окаймленных ямок», покрытых изнутри белковым комплексом, называемым клатрином. Везикулы, покрытые клатрином, или «окаймленные ямки», фагосомы, соединяются с лизосомами, в результате чего антигены перевариваются.
Рис. 1. Процесс фагоцитоза.
На микрофотографиях представлены последовательные стадии инвагинации мембраны и происходящей в результате этого интернализации материала. Фагоцит, связавшись с опсонизированной частицей, постепенно поглощает ее, выпуская псевдоподии (1 – 3). Затем псевдоподии сливаются (4) и микробная клетка оказывается заключенной в фагосому (5).
Фагоцитоз включает следующие этапы:
активация фагоцита
хемотаксис
прикрепление (адгезия) к объекту фагоцитоза
поглощение объекта
киллинг и переваривание, процессинг (переработка) объекта фагоцитоза
Фагоциты направленно перемещаются к объекту фагоцитоза в сторону повышения концентрации хемоаттрактантов – веществ микробов, активированных компонентов комплемента (С5а) и цитокинов.
Процесс фагоцитоза усиливают опсонины, обволакивающие объект фагоцитоза. Объект фагоцитоза прилипает к рецепторам фагоцита. Плазмолемма фагоцита, точнее, псевдоподия – выпячивание клетки, обхватывает бактерию или другую корпускулу. Затем объект фагоцитоза окружается плазмолеммой по так называемому «zipper»-механизму (от англ. zipper–застежка «молния»). Образуется мембранная везикула (фагосома), которая погружается в цитоплазму фагоцита (ранняя эндосома). Мембрана ранней эндосомы (фагосомы) сливается с лизосомой, образуя фаголизосому (позднюю эндосому). В поздних эндосомах микроб разрушается: происходит закисление (pH до 4,5) и активация ферментов лизосом (нуклеаз, протеаз гликозидаз, липаз, фосфатаз, сульфатаз, фосфолипаз).
Фагоцитируемый микроб разрушается по двум механизмам: кислородзависимому и кислороднезависимому.
Кислородзависимый механизм обусловлен системой миелопероксидазы и развитием респираторного взрыва: в фагоците образуются токсичные антимикробные формы кислорода: перекись водорода, супероксиданион-радикал, гидроксильный радикал, гипоиодит и гипохлорид, синглетный кислород. Антимикробным действием обладает и оксид азота (NO), образующийся из аргинина при участии NO-синтетазы – NOS (NOS превращает аргинин в оксид азота, который, выделяясь из макрофагов, проникает в микробные или опухолевые клетки, приводя к их гибели). NOS образуется макрофагами, активированными эндотоксинами бактерий или провоспалительными цитокинами (ИФН-γ, ИЛ-1β, ФНО-α).
Кислороднезависимый механизм включает протеиназы, катионные белки дефенсины и лизоцим, разрушающий пептидогликан клеточной стенки бактерий, а также лактоферрин, связывающий железо, необходимое для бактерий.
Фагоцитоз может быть завершенным, в результате разрушения захваченного микроба, и незавершенным, при котором микробы не погибают, сохраняя способность к размножению. Выживанию микробов способствуют следующие факторы: подавление слияния лизосом с фагосомой, содержащей микробы, например при туберкулезе, лейшманиозе и токсоплазмозе; устойчивость к лизосомальным ферментам (гонококки); выход микробов из фагосом и персистенция их в цитоплазме клеток (листерии, риккетсии).
Секреторная функция макрофагов.
Макрофаги способны активно секретировать цитокины, участвующие в иммунном ответе:
цитокины для клеточной дифференцировки и пролиферации (ГМ-КСФ, ФНО);
ИЛ-1 (эндогенный пироген), ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-12, ИЛ-15, ИЛ-18;
компоненты комплемента;
ИФН-α.