Еміграція лейкоцитів периферичної крові у вогнище запалення

 

Мікроциркуляторне судини в зоні запалення стають місцем масового виходу - еміграції - циркулюючих у крові лейкоцитів у позасудинний простір. Феноменологія цього процесу детально вивчена в експериментах in vivo з використанням різних методів світлової мікроскопії. Коли швидкість кровотока в мікроциркуляторних судинах при запаленні сповільнюється (артеріальна гіперемія змінюється венозної), "пливучі" зі струмом крові лейкоцити все частіше й частіше затримуються у внутрішньої стінки посткапілярних венул. Вони можуть якийсь час повільно "котитися" по внутрішній поверхні цих судин, після чого несуться з зони запалення разом зі струмом крові. У міру того як запалення прогресує, усе більше і більше число лейкоцитів, "прокотивши" деяку відстань по поверхні судини, щільно прикріплюються (прилипають) до ендотелію. У результаті такої адгезії вже через 2-4 ч послу початку гострого запалення уся внутрішня стінка посткапілярних судин у зоні запалення виявляється покритої шаром лейкоцитів і здобуває вид "брукової бруківки". Через 1-2 ч після цього виникає масова еміграція лейкоцитів у позасудинний простір.

Коли лейкоцити виходять із судини, вони переборюють принаймні дві перешкоди: шар ендотелія і базальну мембрану. Через ендотелій лейкоцити проходять, протискуючи крізь щілини між ендотеліальними клітками. Базальна мембрана переборюється, очевидно, після її обмеженого розчинення протеазами лейкоцитів. Однієї з таких протеаз може бути желатиназа, що зберігається усередині спеціальних цитоплазматичних гранул. Процес переходу лейкоцита через стінку судини продовжується від 2 до 12 хв. Він не супроводжується помітним ушкодженням судини і здійснюється переважно в посткапілярних венулах.

В еміграції беруть участь усі форми лейкоцитів периферичної крові: нейтрофіли, моноцити, лімфоцити, еозинофіли, базофіли. При гострому запаленні першими емігрують нейтрофіли, через кілька годин - моноцити і лімфоцити й інші форми лейкоцитів.

Еміграція лейкоцитів обумовлена появою в зоні ушкодження медіаторів запалення - хімічних речовин, роль яких спеціально обговорюється нижче. Багато хто з цих медіаторів впливають на клітки ендотелію посткапілярних венул, викликаючи експресію на мембрані цих кліток особливих молекул адгезії. Починається складний процес взаємодії ендотеліальних кліток з циркулюючими лейкоцитами, а потім лейкоцитів з елементами міжклітинного матрикса, що приводить у кінцевому рахунку до нагромадження лейкоцитів крові у вогнищі запалення.

Три типи молекул адгезії беруть участь в еміграції лейкоцитів під час запалення: селектини, інтегрини, молекули, що відносяться до так називаного сімейства імуноглобулінів. Первісна слабка адгезія лейкоцитів до ендотелію опосередкується селектинами - мембранного глікопротеїнами, взаємодіючими з вуглеводними лігандами. Відомі три члени групи селектинов: L-, Е- і Р-селектини.

L-селектин експрессируется постійно по поверхні усіх форм лейкоцитів. Е-селектин з'являється на поверхні мембрани ендотеліальних кліток через кілька годин після їхньої активації цитокінами, що виявляють у тканинах після ушкодження. Р-селектин синтезується в ендотеліальних клітках постійно, але не експресується на поверхні, а накопичується усередині кліток у спеціальних секреторних тельцах Вейбела-Палада. Під впливом медіаторів запалення, зокрема гістаміна, ці тільця швидко - протягом декількох хвилин - переміщаються до плазматичної мембрани, після чого содержащийся в них Р-селектин з'являється на поверхні клітки. Саме Р-селектин ендотелія, взаємодіючи зі своїми лігандами на мембрані циркулюючих лейкоцитів, забезпечує первісне сповільнення руху і "качение" ("rolling" - англ.) лейкоцитів по ендотелію. Трохи пізніше в цей процес утручаються L-селектини.

Коли рух лейкоцитів по судинах сповільнюється, збільшується час контакту лейкоцитів з ендотеліем, зростає імовірність активації лейкоцитів медіаторами запалення, що утворяться в місці ушкодження. Медіатори запалення викликають поява на поверхні лейкоцитів інших молекул адгезії - інтегринов, що забезпечують більш щільне прикріплення лейкоцитів до ендотелію. Інтегрини - мембранні глікопротеїни, що складаються з двох субодиниць (а і (3). Відомо кілька варіантів кожної з цих ланцюгів, усілякі комбінації яких створюють більш двох десятків різних молекул інтегринов. У нейтрофілах, що першими емігрують у зону ушкодження, частина молекул інтегринов знаходиться на внутрішній поверхні мембрани спеціальних внутрішньоклітинних гранул - секреторних пухирців. Активація нейтрофілів супроводжується мобілізацією цих пухирців, що підходять до поверхні клітки. Мембрана пухирців зливається з цитоплазматичною мембраною, у результаті чого інтегрини експонуються на поверхні лейкоцита і вступають у контакт зі своїми лігандами на поверхні кліток судинного ендотелія. У якості таких лігандов (чи контррецепторів) у більшості випадків виступають молекули, подібні з молекулами імуноглобулінів: ICAM-1 (intercell adhesion molecule-1), ICAM-2, VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule-1).

Поява інтегринов на поверхні лейкоцитів забезпечує їх щільне прилипання до ендотелію, уможливлює наступний вихід лейкоцитів із судин і їхню міграцію у позасудинном просторі, оскільки лейкоцити переміщаються усередині міжклітинного матрик-са, "чіпляючи" за допомогою інтегринов за його визначені складові елементи (фібронектин, ламінін, коллаген).

Про значення адгезії для здійснення захисних функцій лейкоцитів свідчить два відомих у людей синдрому уродженого дефіциту адгезії лейкоцитів (ДАВ): ДАВ типу I, обумовленого дефектом інтегринов, і ДАВ типу II, зв'язаного з дефектом вуглеводних лігандов, з якими взаємодіють селектини. В обох випадках у таких хворих порушені механізми запалення, що приводить до частих інфекцій, незважаючи на значне збільшення змісту лейкоцитів у периферичній крові.

Відомо, що адгезивні властивості ендотелія і лейкоцитів, як і наступна трансміграція лейкоцитів, міняються під впливом медіаторів запалення. При цьому особливу роль грають речовини, названі хемоаттрактантами, що активують лейкоцити, мобілізують внутрішньоклітинні органели лейкоцитів і викликають позитивний хемотаксис лейкоцитів - їхнє активне переміщення в напрямку найбільшої концентрації хемоаттрактантів. Властивостями хемоаттрактантів володіють речовини, що входять до складу чи бактерій продуцируемие клітками, що беруть участь у запаленні (тромбоцити, гладкі клітки, клітки судинного ендотелія, фібробласти і самі лейкоцити), а також речовини, що утворяться з білків крові і межтканевой рідини.

Послідовність залучення різних хемоаттрактантів у процес еміграції лейкоцитів досить складна і залежить від ряду факторів. Багато хто хемоаттрактанти впливають на різні типи лейкоцитів. Існують однак і такі, котрі впливають переважно на який-небудь один тип лейкоцитів.

До числа найбільш сильних хемоаттрактантів, що впливають на різні форми лейкоцитів, відносяться липополисахариди - незвичайні складні речовини, що входять до складу клітинної оболонки грамотрица-тельних бактерій. Іншу групу "багатоцільових" хемоаттрактантів бактеріального походження утворять пептиди, аналогом яких служить синтетичний пептид N-форміл-метіоніл-лейцил-фенілаланин (ФМЛФ).

Сильними ендогенними хемоаттрактантами для багатьох форм лейкоцитів є фрагменти активованого комплементу, особливо фрагмент ІЗ5а, лейкотріен У4, фактор активації тромбоцитів.

До числа хемоаттрактантів, що впливають переважно на спеціальні підтипи лейкоцитів, відносяться так називаемиехемокини - низькомолекулярні білки, що секретируются різними клітками, що беруть участь у запальній відповіді, наприклад інтерлейкин-8 (МУЛ-8) - хемоаттрактант для нейтрофілів, МСР-1 (monocyte chemotactic protein-1) - хемоаттрактант для моноцитів, лімфотактин - хемоаттрактант для лімфоцитів і натуральних кіллеров, еотаксин - хемоаттрактант для еозинофілів.

Активація лейкоцитів під впливом хемоаттрактантів - складний процес, що починається в результаті взаємодії хемоаттрактантів зі специфічними рецепторами на поверхні лейкоцитів. У ході передачі сигналу від рецепторів усередину клітки відбуваються зміни іонної проникності і потенціалу мембрани лейкоцитів. Збільшується концентрація іонізованого кальцію в цитоплазмі. Активується мікротубулярная система лейкоцитів, що утворить внутрішній кістяк клітки. Виникають характерні зміни форми кліток - з'являються псевдоподії. Відбувається мобілізація цитоплазматичних гранул лейкоцитів, у результаті якої вони переміщаються до цитоплазматичної мембрани.

Взаємодія хемоаттрактантів з поверхневими рецепторами лейкоцитів супроводжується активацією різних внутрішньоклітинних ферментів, у тому числі фосфоліпази А2, протеїнкінази А, протеїнкінази С. Активація фосфоліпази А2 приводить до розщеплення фосфоліпідів клітинних мембран з утворенням вільної арахідонової кислоти, подальші ферментативні перетворення якої сприяють утворенню речовин, керуючих ходом запалення, - простагландинів та лейкотрієнів.

Фагоцитоз

 

Одна з найважливіших функцій лейкоцитів, що вийшли із судин у вогнище запалення, - фагоцитоз, під час якого лейкоцити розпізнають, поглинають і руйнують мікроорганізми, що проникнули в організм, різні чужорідні частки, а також власні нежиттєздатні клітки і тканини. Явище фагоцитозу було відкрито И.И. Мечников (1845-1916), і він був першим, хто зрозумів значення фагоцитозу як найважливішого механізму несприйнятливості організму до інфекційних захворювань. И.И. Мечников увів загальноприйняті тепер терміни: "фагоцитоз" (по-грецьки - поглинання кліток), "фагоцит" (поглинач кліток) і "макрофаг" (великий поглинач).

Не всі лейкоцити, що вийшли у вогнище запалення, здатні до фагоцитозу. Така здатність властива нейтрофілам, моноцитам, макрофагам і еозинофілам, що зараховують так називаним професійної, чи облігатним (обов'язковим), фагоцитам.

У процесі фагоцитозу розрізняють кілька стадій:

1) стадію прилипання (чи прикріплення) фагоцита до об'єкта,

2) стадію поглинання об'єкта,

3) стадію внутрішньоклітинного руйнування поглиненого об'єкта.

Прилипання фагоцитів до об'єкта в окремих випадках обумовлено існуванням на мембрані фагоцитів рецепторів для молекул, що входять до складу мікробної стінки (наприклад, для вуглеводу зимозана), чи для молекул, що з'являються на поверхні власних кліток, що гинуть. Однак у більшості випадків прилипання фагоцитів до мікроорганізмів, що проникнули в організм, здійснюється при участі так званих опсонінів - сироваткових факторів, що попадають у вогнище запалення в складі запального ексудата. Опсоніни з'єднуються з поверхнею клітки мікроорганізму, після чого до неї легко прилипає мембрана фагоцита. Головними опсонінами є імуноглобуліни і фрагмент С-комплемента. Властивостями опсонінів володіють також деякі плазмені білки (наприклад, С-реактивний білок) і лізоцим.

Феномен опсонизації можна пояснити тим, що молекули опсонінів розташовують щонайменше двома ділянками, один із яких зв'язується з поверхнею часточки, що атакується, а іншої - з мембраною фагоцита, з'єднуючи в такий спосіб обидві поверхні один з одним. Імуноглобуліни класу G, наприклад, зв'язуються своїми Fab-фрагментами з антигенами мікробної поверхні, тоді як Fc-фрагменти цих антитіл - з поверхневою мембраною фагоцитів, на якій маються рецептори для Fc-фрагментів Ig.

Процес поглинання можна розглядати у відомому змісті як продовження прилипания. У ході поглинання фагоцит утворить псевдоподії, що оточують об'єкт, прилипаючи до його покритого опсонінамиами поверхні. Коли мембрана псевдоподій покриє всю поверхню об'єкта, останній виявляється усередині "мішка", утвореного мембраною фагоцитуючої клітки. При цьому сам мішок, називаний фагосомой, виявляється усередині цитоплазми фагоцита. Подальше руйнування поглинених часток відбувається усередині фагосоми - поза внутрішнім середовищем клітки.

Якщо мова йде про живі мікроорганізми, а фагоцити здатні захоплювати живі мікроорганізми, то спочатку вони повинні бути убиті. У лейкоцитах діють два бактерицидних механізми:

1) залежний від кисню

2) не залежний від кисню.

Залежний від кисню бактерицидний фактор зв'язаний з утворенням активних метаболітів кисню. Продукція цих речовин починається після контакту фагоцитів з опсонізированими бактеріями. Саме в цей час фагоцити, що у звичайних умовах використовують енергію анаеробного гліколізу, починають посилено поглинати кисень, що позначають терміном респіраторний вибух.

Виникнення респіраторного вибуху обумовлено активацією цитопламатичної НАДФН-оксидази, що каталізує одноелектронне відновлення молекули кисню до супероксидного радикального аніона, "відбираючи" електрон від відновленого піридинового нуклеотиду НАДФН "респіраторного вибуху, що витрачаються в час," запаси НАДФН починають негайно заповнюватися посиленим окислюванням глюкози через гексозомонофосфатний шунт.

Велика частина утворюваних при відновленні ПРО₂ супероксидних аніонів ПРО₂^- піддається дисмутації до Н₂ПРО₂.

Деяка частина молекул Н₂ПРО₂ взаємодіє в присутності чи заліза міді із супероксидним аніоном з утворенням надзвичайно активного гідроксильного радикала ВІН^-.

Цитоплазматична НАДФ-оксидаза активується в місці контакту фагоцита з мікробом, а утворення супероксидних аніонів відбувається на зовнішній стороні мембрани лейкоцитів, поза внутрішнім середовищем клітки. Процес продовжується і після завершення утворення фагосоми, унаслідок чого усередині її створюється висока концентрація бактерицидних радикалів. Проникаючі усередину цитоплазми фагоцита радикали нейтралізуються ферментами супероксиддисмутазой і каталазой.

Система утворення бактерицидних метаболітів кисню діє у всіх професійних фагоцитах. У нейтрофілах разом з нею діє ще одна могутня бактерицидна система – система міелопероксидази (подібна з нею лероксидазна система мається також у еозинофілів, але її немає в моноцитів і макрофагів).

Міелопероксидаза - фермент, що міститься в азурофільних гранулах нейтрофілів, катализує реакцію між іоном галогену (звичайно хлору) і перекисом водню, що приводить до утворення хлорноватистої кислоти (гіпохлоритного аніона).

Гіпохлорит робить виражена бактерицидна дія сам по собі. Крім того, він може реагувати з чи амонієм амінами, утворити бактерицидні хлораміни.

Незалежний від кисню бактерицидний механізм зв'язаний з дегрануляціею - надходженням усередину фагосоми бактерицидних речовин, що містяться у внутрішньоклітинних гранулах фагоцитів.

Коли утворення фагосоми завершується, до неї впритул наближаються гранули цитоплазми фагоцитів. Мембрана гранул зливається з мембраною фагосоми, і вміст гранул вливається усередину фагосоми. Думають, що стимулом до дегрануляції є збільшення цитозольного Са²⁺, концентрація якого зростає особливо сильно поблизу фагосоми, де розташовуються органели, що накопичують кальцій.

Цитоплазматичні гранули всіх облігатних фагоцитів містять велика кількість біологічно активних речовин, здатних убивати і переварювати мікроорганізми й інші поглинені фагоцитами об'єкти. У нейтрофілах, наприклад, мається 3 типи гранул:

1) секреторні пухирці;

2) первинні (азурофільні);

3) вторинні (специфічні) гранули.

Найбільше легко мобілізуємі секреторні пухирці полегшують вихід нейтрофілів із судин, їхню міграцію в тканинах. Знищують і руйнують поглинені частки речовини азурофільних і специфічних гранул. В азурофільних гранулах, крім уже згаданої міелопероксидази, містяться діючі незалежно від кисню низькомолекулярні бактерицидні пептиди дефенсини, слабка бактерицидна речовина лізоцим і безліч ферментів, що руйнують; у специфічних гранулах лізоцим і білки, що зупиняють розмноження мікроорганізмів, зокрема, лактоферрин, связ'ивающий необхідне для життєдіяльності мікроорганізмів залізо.

На внутрішній мембрані специфічних і азурофільних гранул знаходиться протонний насос, що переносить водневі іони з цитоплазми фагоцита усередину фагосоми. У результаті рН середовища у фагосомі знижується до 4-5, що викликає загибель багатьох мікроорганізмів усередині фагосоми. Після того як мікроорганізми гинуть, вони руйнуються усередині фагосоми за допомогою кислих гідролаз азурофільних гранул.

До числа важливих бактерицидних факторів, що діють в активованих макрофагах, варто віднести і продукцію оксиду азоту (NО), що здійснюється за допомогою індуцибільної NO-синтази. Фермент цей активується γ-інтерфероном, фактором некрозу пухлин, Мул-1-бета й іншими запальними цитокінами. NО діє цитостатично на пухлинні клітки, бактерії, паразити, віруси, інгібуя активність багатьох ферментів, що беруть участь у синтезі білків і нуклеїнових кислот.

Не всі живі мікроорганізми гинуть усередині фагоцитів. Деякі, наприклад, збудники туберкульозу зберігаються, виявляючись при цьому "відгородженими" мембраною і цитоплазмою фагоцитів від протимікробних лік.

Активовані хемоаттрактантами фагоцити здатні вивільняти уміст своїх гранул не тільки усередину фагосоми, але і в позаклітинний простір. Це відбувається під час так називаного незавершеного фагоцитозу - у тих випадках, коли по тим чи іншим причинам фагоцит не може поглинути об'єкт, що атакується, наприклад, якщо розміри останнього значно перевищують розміри самого чи фагоцита якщо об'єктом фагоцитозу є комплекси антиген-антитіло, що знаходяться на плоскій поверхні судинного ендотелія. При цьому вміст гранул і продукуємі фагоцитами активні метаболіти кисню впливають і на об'єкт атаки, і на тканині організму хазяїна.

Ушкодження тканин хазяїна токсичними продуктами фагоцитів стає можливим не тільки в результаті незавершеного фагоцитозу, але і після загибелі чи лейкоцитів унаслідок руйнування мембрани фагосоми самими поглиненими часточками, наприклад часточками чи кремнію кристалами сечової кислоти.