В литературе описано большое число методов количественной оценки фагоцитоза. Объем настоящей книги не позволяет подробно изложить все из них, поэтому мы ограничимся описанием лишь некоторых.
Материалы и оборудование
Для работы необходимо иметь:
Цитратдекстрозный антикоагулянт: 8 г лимонной кислоты,. 22 г трехзамещенного цитрата натрия (двухводного), 24,5 г глюкозы растворяют в 1 л воды;
Раствор декстрозодекстрана: 4,5 г NaCl, 25 г глюкозы, 30 г декстрана (отн. мол. масса 500 000) в 1 л;
Раствор хлористого аммония: 9 частей 0,83% хлористого аммония, 1 часть трис-НСl-буфера с рН 7,2 (20,6 г/л);
Смесь фиколл - визотраст: 9 г фиколла, 20 мл визотраста, 100 мл бидистиллированной Н 2 0, плотность 1,077;
Субстрат для β-глюкуронидазы: 31,5 мг паранитрофенил-β-глюкуронида и 100 мкм тритон X 100 растворяют в 100 мл 0,05 М натрий-ацетатного буфера с рН 5;
Реагенты для определения дефицита миелопероксидазы: фиксатор (10 мл 37% формальдегида с 90 мл абсолютного этанола), субстратный раствор (100 мл 30% ЭДТА, 0,3 г хлористого бензидина, 0,038 г ZnS0 4 x7H 2 0, 1 мл дистиллированной воды, 1,0 г CH 3 C00Nax3H 2 0, 0,7 мл 3% Н 2 0 2); подводят рН 1,0 М NaOH до 6,0.
Коммерческие реагенты:
ФСБ, раствор Хенкса и среда Игла-MEM (Гос. институт иммунных препаратов и питательных сред, Берлин-Вайсензее, ГДР);
Гепарин (5000 ЕД/мг) (Gedeon Richter, Венгрия);
Сыворотка эмбрионов коров (Flow Laboratories, США, можно другой фирмы);
Визотраст (VEB Fahlberg List, Magdeburg, ГДР);
Инфуколл (VEB Serumwerk Bernburg, ГДР);
Декстран, фиколл (Pharmacia, Швеция);
Коллоидный уголь Сl1/143a (Wagner, Pelikanwerke, ФРГ);
Диизодецилфталат, парадиоксан (Coleman, Matheson and Bell, США);
Тритон X 100 (Serva, ФРГ, можно другой фирмы);
Масляный красный О (Allied chemical corp., Morristown, NY, США);
Иаранитрофенил-β-глюкуронид (Sigma, США);
Сафранин О (Fischer Scientific Lab., Chicago, США);
Полистироловые бусы, трубочки (Nunc, Дания);
Сетка F 905 (VEB Orvo Wolfen, ГДР).
Получение фагоцитов
Необходимые сведения о выделении гранулоцитов человека можно получить в главе "Разделение клеток иммунной системы "; получение перитонеальных макрофагов см. в разделах "Культивирование макрофагов и моноцитов " и "Выделение макрофагов из суспензии сплеиоцитов ". Детально этот вопрос рассматривается в ряде работ.
Кроме того следует еще упомянуть о следующих методах:
8 мл крови смешивают с раствором декстранглюкозы. Затем добавляют 6% раствор декстрана 75 в 0,15 М NaCl (5 мл). Смесь оставляют на 45-50 мин при комнатной температуре для седиментации эритроцитов. Отсасывают плазму. Остаточные эритроциты лизируют добавлением 0,83% хлористого аммония (35 мл к 15 мл плазмы). Центрифугируют 10 минут при 80g, суспендируют осадок в охлажденном до 0°С 0,15 М NaCl. Объединяют несколько осадков и центрифугируют 10 минут при 800 g. Клетки лучше сохранять на льду в 0,15 М NaCl (эта среда больше подходит, чем забуференные среды с бивалентными катионами, которые вызывают слипание клеток);
Если объектом фагоцитоза являются дрожжи, можно опустить стадию обработки хлористым аммонием, так как эритроциты не мешают процессу. Мононуклеары можно получать следующим образом: гепаринизированную кровь смешивают с 1 / 3 объема среды Игла, содержащей 15% глюкозы, наслаивают на слой смеси фиколл - визотраст и центрифугируют 20 мин при 400 g. Фракцию мононуклеаров отсасывают пастеровской пипеткой, дважды отмывают ФСБ и готовят суспензию на среде Игла (1х10 7 клеток/мл).
Приготовление частиц для фагоцитоза
Чаще используют живые культуры Staphylococcus aureus (SG 511 или 502 A), Staphylococcus epididermidis SG 475, E. coli и другие энтеробактерии, листерии, коринебактерии, Candida albicans, Saccharomyces cerevisiae. Микроорганизмы выращивают 24 часа (при необходимости 48 ч) на твердых и жидких питательных средах. Собранную биомассу трижды отмывают 0,15М NaCl. Слишком густую взвесь измеряют при 640 нм, определяют концентрацию по калибровочной кривой.
Концентрацию микроорганизмов определяют также методами рассева на плотные питательные среды; в некоторых случаях подсчет микроорганизмов можно проводить в счетных камерах.
При работе с живыми бактериальными культурами следует обращать внимание на то, чтобы использовались всегда культуры на одной и той же стадии. Добавление 0,01%бычьий сывороточный альбуминспособствует выживаемости микроорганизмов. Изготовленная суспензия остается стабильной в течение 1-2 ч.
Убитые культуры микроорганизмов обычно получают нагреванием в течение 30 минут при 80 °С или обработкой текучим паром. Убитые микробы трижды отмывают 0,15 М NaCl, ресуспендируют и определяют концентрацию суспензии.
Приготовление пекарских дрожжей: 0,5 г пекарских дрожжей суспендируют в 0,15 М NaCl и помещают на 30 мин в кипящую водяную баню. Фильтруют через ватно-марлевый фильтр. При использовании живых дрожжей свежие клетки (4-5-дневная культура) трижды отмывают в среде Игла с добавлением 1,0% глюкозы. Обычно используют суспензию клеток 10 8 и 10 9 клеток/мл. Дрожжи используют в качестве тест-частиц при выявлении дефектов компонента С5.
Использование взвеси частиц полистирола: готовят 10% водную суспензию частиц полистирола диаметром 1,091 мкм. Разводят ее в соотношении 1 + 1 0,2% раствором БСА в 0,15 М NaCl, центрифугируют. При длине волны 253 нм суспензия полистирола 1 мкг/мл дает поглощение 1,17х10 -3 .
Применение суспензии липополисахарид - масляный красный О в минеральном масле: 2 г масляного красного растирают в 50 мл диизодецилфталата (или вазелиновое масло) в фарфоровой ступке. Центрифугируют 20 мин при 500 g. Добавляют 10 мкг надосадочной фракции к 10 мл диоксина, измеряют оптическую плотность на длине волны 525 им. Фактор пересчета равен 0,92. На втором этапе 40 мг липополисахарид (Е. coli 0,26 В6 и др.) растворяют в 3 мл 0,15 М NaCl. Затем добавляют к этой смеси 1 мл раствора масляного красного О в диизодецилсульфате, суспендируют смесь в течение 90 секунд. Суспензию используют немедленно, ее можно замораживать.
Для постановки реакции фагоцитоза в качестве тест-частиц можно использовать формалинизированные эритроциты.
Фагоцитоз бактерий, бактерицидность
Эксперимент с суспензией живых бактерий: обычно используют соотношение 3-10 микробов/фагоцит. В общем объеме 2 мл смешивают 1x10 6 фагацитов с 3х10 6 - 1х10 7 микробов. На практике к 1 мл суспензии фагоцитов, к которому было добавлено 8 ME гепарина, приливают 1 мл суспензии бактерий. Время взаимодействия составляет обычно 30 мин, в некоторых случаях оно больше. После инкубации отбирают 0,5 мл смеси, добавляют 1,5 мл 0,1% раствора желатина в растворе Хенкса, охлажденного до 0°С, и центрифугируют 3-4 мин при 300 g. Из осадка готовят мазки, которые окрашивают по Паппенгейму. Просматривают 200 клеток (по возможности трижды). Вычисляют процент фагоцитоза. По числу содержащихся в клетках бактерий рассчитывают индекс активности фагоцитоза: число фагоцитированных бактерий умножают на процент фагоцитирующих клеток; интенсивность фагоцитоза выражают числами от 1 до 4.
Степень 1: фагоцитировано I-4 бактерий
Степень 2: фагоцитировано 5-7 бактерий
Степень 3: фагоцитировано 8-10 бактерий
Степень 4: фагоцитировано более 10 бактерий на клетку
При определении уровня фагоцитоза живых микробов отдельно проверяют осадок клеток и надосадочную фракцию. Количество живых микробов определяют по рассеву на плотные питательные среды 0,1 мл исследуемых фракций. Инкубируют 24 (48) ч. При расчете бактерицидности исходят из того, что одна образовавшаяся колония соответствует одному живому микробу.
Для направленного изучения бактерицидности исследуют кровь пациентов и здоровых доноров с добавлением раствора антибиотиков (по 5000 ЕД пенициллина и стрептомицина/мл) и без него, а также проводят бактериальный контроль. Состав пробы: 0,3 мл раствора Хенкса+ 0,1 мл нормальной сыворотки, полученной из крови, взятой у 5 доноров, +0,5 мл суспензии лейкоцитов (10 7 клеток/мл) +0,1 мл суспензии микробов (10 6 микробов/мл). Раствор антибиотиков вносят по 0,02 мл в пробу. Инкубируют пробы при 37 °С и определяют число микробов через 20 минут, 1,5 часа и 3 часа. Для этого отбирают по 0,1 мл из каждой пробы, разводят отобранные аликвоты раствором Хенкса в 10, 100 и 1000 раз и наносят на подогретый агар. Иногда, особенно если были добавлены антибиотики, для точного подсчета микробов готовят промежуточные разведения (например, 0,2 мл пробы смешивают с 5 мл раствора Хенкса, центрифугируют 5 минут при 450 g, осадок растворяют в 1,9 мл ФСБ, наносят на агар). Если хотят сократить длительность бактериологического исследования, можно определять находящиеся внутри клетки микробы по флюоресценции при помощи окраски акридиновым желтым.
Фагоцитоз пекарских дрожжей: готовят суспензию 10 9 клеток/мл в 0,15 М NaCl. Смешивают 0,1 мл суспензии с 0,1 мл плазмы больного, инкубируют 30 мин при 37 °С, добавляют 0,2 мл (10 6) ПМЯЛ, инкубируют 30 мин. Отбирают аликвоты через интервалы от 5 до 30 мин. Просчитывают 100 ПМЯЛ и определяют число захваченных дрожжевых частиц на клетку. Известна следующая модификация: к 50 мкл сыворотки морской свинки добавляют 50 мкл исследуемой сыворотки (предварительно ее разводят в соотношении 1 + 1 средой Игла с глюкозой), добавляют 50-200 мкл суспензии лейкоцитов (10 7 клеток/мл) доводят объем до 450 мкл средой Игла с глюкозой и инкубируют 30 мин при 37 °С. Затем добавляют 50 мкл суспензии дрожжей (10 8 клеток/мл) перемешивают, инкубируют 40 минут при 37 °С. Вносят 50 мкл L- 75 Sе-метионина (общая активность 100 кБк) перемешивают и инкубируют 1 час при 37 °С. Осаждают клетки центрифугированием в течение 5 минут при 1000 g, отмывают их дважды ФСБ, измеряют радиоактивность на гамме-счетчике. Процент фагоцитированных дрожжей вычисляют по формуле:
Фагоцитоз с использованием раствора масляного красного в минеральном масле: 0,2 мл суспензии частиц смешивают с 0,8 мл клеточной суспензии, предварительно нагретой до 37°С. Через 5 минут инкубации добавляют 6 мл охлажденного до 0°С 0,15 М раствора NaCl, содержащего 126 мкг/кл N-этилмалеимида (для прекращения захвата частиц). Центрифугируют 10 минут при 250 g. Надосадочную фракцию отбрасывают, осадок ресуспендируют в растворе NaCl и N-этилмалеимида (см. выше), дважды отмывают клетки. Лизируют клетки ультразвуком, происходит высвобождение масляного красного. Добавляют 1 мл диоксана. Центрифугируют 15 минут при 500 g, измеряют оптическую плотность на волне 525 нм против чистого диоксана. Степень фагоцитоза (ИФ) определяют как количество минерального масла (мг), поглощаемого в минуту 10 7 клетками. Для подсчета можно использовать следующую формулу:
Исследование фагоцитоза в монослое макрофагов:
1. Фаза: в стерильные полистирольные пробирки вносят по 2 мл суспензии клеток (200 000 клеток/мл). Инокулируют 5 часов при 37°С, затем отмывают средой Игла. Вносят в пробирки 2 мл культуральной среды с 10% инактивированной (30 мин, 56 °С) сыворотки эмбрионов коров, инкубируют при 37 °С.
2. Фаза А: вносят суспензию микробов (3-10/макрофаг), инкубируют 30-60 мин при 37 °С, 6 раз ополаскивают пробирки порциями среды по 3 мл для удаления нефагоцитированных микробов. Немедленно фиксируют препарат смесью 1 части ледяной уксусной кислоты с 3 частями метанола. Окрашивают препарат по May - Griinwald, подсчитывают клетки.
Фаза Б: определение внутриклеточных живых бактерий. Последовательность операций та же, что и в фазе А до этапа фиксации. После отмывки тщательно удаляют все следы среды. Лизируют клетки, для чего вносят 2 мл 0,01% стерильного растворабычьий сывороточный альбумин(4°С), многократно встряхивают. Большая часть клеток лизируется через 20 минут. Высвободившиеся бактерии определяют путем рассева на плотные питательные среды.
Фагоцитоз эритроцитов: смешивают 4x10 7 фагоцитов с 5x10 7 тест-эритроцитов в 5 мл ФСБ. Переносят 2 мл смеси в охлажденный до 0°С 5 мМ фосфатный буфер и центрифугируют. Измеряют оптическую плотность надосадочной фракции при длине волны 420 нм. Степень фагоцитоза определяют по снижению содержания гемоглобина в бесклеточной фазе при помощи калибровочных кривых.
Упрощенный метод определения клиренса
Пример определения клиренса на крысах: животным вводят внутрибрюшиино по 5х10 7 микробов на 100 г веса (0,1мл/ /100 г). Оптимальная доза может колебаться от 10 6 до 10 8 на 100 г веса. С интервалом 1-2 часа из каждой группы экспериментальных животных забивают по 3 особи; общая продолжительность эксперимента 16 часив. Стерильно берут 0,5 мл крови из сердца, 1 мл перитонеальной жидкости, выделяют легкие, печень, селезенку и почки. Из ткани органов вырезают цилиндры пастеровской пипеткой. Определяют число микроорганизмов путем культивирования на жидких и твердых питательных средах.
Пример определения клиренса на мышах: используют коллоидный уголь или меченные 51 [Сг] эритроциты барана. Мышам (по меньшей мере 5 особей на опыт) внутривенно вводят по 0,01 мл суспензии угли из расчета 16 мг на 100 г веса. В течение 15 минут с интервалом в 2 минуты отбирают по 0,025 мл крови из ретроорбитального пространства. Отобранные 0,025 мл крови вносят в 2,0 мл 0,1% раствора Na 2 C0 3 . После гемолиза концентрацию угля определяют колориметрически на длине волны 675 нм при помощи калибровочных кривых.
t- время в минутах, С - концентрация углерода в пробе.
Корригированное значение фагоцитоза:
Функциональный скрининг фагоцитов
Определение дегрануляции (измерение активности (β-глюкуропидазы): 10 7 лейкоцитов суспендируют в 0,8 мл ФСБ в пластиковых пробирках, встряхивают 5 минут при 37 °С. Добавляют 0,2 мл сенсибилизированных ЛПС, флюорохромнрованных частиц (FC 80), охлаждают 30 мин на льду, центрифугируют 10 минут при 250 g. Проверяют активность фермента в надосадочной фракции. Инкубируют 0,9 мл субстратной смеси в течение 18 ч с 0,1 мл исследуемой фракции. Добавляют 2 мл 0,1М NaOH, измеряют оптическую плотность на волне 410 нм.
Расчет:
(ОП 410 х20)/(1,84х18) = число нмолей вещества, высвобождаемых за 1 час 10 7 лейкоцитами, т. е. степень дегрануляции выражают в наномолях паранитрофенил-β-глюкуронида.
Метод определения дефектов миелопероксидазы: наилучшие результаты дает биохимическое определение Н 2 0 2 , указывающее на изменения метаболизма в процессе фагоцитоза. Для практических целей весьма важно, что активация гексозо-монофосфатного шунта, восстановление тетразолиевого нитроеннего и связывание экзогенного йода с белками ПМЯЛ коррелируют с образованием Н 2 0 2 . Обычный мазок крови фиксируют 30 сек смесью алкоголь-формалин. Отмывают дистиллированной водой, и в течение 30 сек проводят окраску на пероксидазу. В содержащих пероксидазу клетках выявляются включения, окрашенные в темно-голубой цвет.
Проба на восстановление тетразолиевого нитросинего (ТНС). ТНС восстанавливается нормальными ПМЯЛ до формазана. Смешивают с 0,1 мл крови 0,1 мл 0,1% раствора ТНС в 0,15 М NaCl, инкубируют 20 минут при 37 °С, еще раз тщательно перемешивают. Включения формазана в клетки определяют микроскопией. Результат выражают в процентах формазан-позитивных клеток.
Несколько сложнее следующий метод: 1 каплю крови пациента наносят на покровное стекло. Инкубируют 20 минут при 37°С во влажной камере, затем осторожно отмывают стекло стерильным 0,15 М NaCl. Кладут покровное стекло на предметное, куда была нанесена 1 капля ТНС-среды (0,5 мл сыворотки + 0,3 мл стерильного 0,15 М NaCl + 0,6 мл ТНС, см. ранее). Инкубируют 30 минут во влажной камере при 37 °С, удаляют покровное стекло и высушивают на воздухе. В течение 60 секунд фиксируют абсолютным метанолом и отмывают дистиллированной водой. Окрашивают в течение 5 мин сафранином (1 г сафранина + 100 мл дистиллированной воды + 40 мл глицерина), отмывают. Формазан-позитивные клетки отличаются большими размерами, они напоминают бластные клетки и содержат голубые гранулы. Обычно в препарате определяется около 30% формазан-позитивных клеток.
Вышеприведенные методы оценки фагоцитоза представляют собой обобщение очень большого числа публикаций. Более детальную информацию по этим вопросам можно найти в соответствующих работах.
Иммунитет: механизмы развертывания
Клетки и молекулы действуют слаженно, поддерживая друг друга на разных этапах развития иммунного ответа.
Неспецифические механизмы
На первом этапе столкновения с чужеродным антигеном запускается неспецифический патологический защитный процесс - воспаление, сопровождающийся фагоцитозом, выделением медиаторов воспаления - гистамина, серотонина, цитокинов и т. п. Фагоциты (макрофаги) поглощают антигены и контактируют с лимфоцитами Т-хелперами, представляя им на поверхности антигенные детерминанты. Т-хелперы запускают размножение (выделяя специфические белковые вещества - интерлейкины) специфических для данного антигена клонов Т-киллеров и В-лимфоцитов из предсуществующих стволовых клеток, которые прошли проверку на толерантность в эмбриональном периоде (клонально-селекционная теория Бернета).
Воспаление (лат. inflammatio) - это комплексный, местный и общий патологический процесс, возникающий в ответ на повреждение (alteratio) или действие патогенного раздражителя и проявляющийся в реакциях (exudatio и др.), направленных на устранение продуктов повреждения, а если возможно, то и агентов (раздражителей), а также приводящий к максимальному для данных условий восстановлению (proliferatio и др.) в зоне повреждения.Схема развития воспаления. Под действием повреждающего фактора происходит выделение макрофагом провоспалительных цитокинов, которые привлекают в очаг воспаления другие клетки, в результате агрегации которых или выделения ими активных веществ происходит нарушение целостности ткани.
Фагоцитоз (Фаго - пожирать и цитос - клетка) - процесс, при котором специальные клетки крови и тканей организма (фагоциты) захватывают и переваривают возбудителей инфекционных заболеваний и отмершие клетки. Осуществляется двумя разновидностями клеток: циркулирующими в крови зернистыми лейкоцитами (гранулоцитами) и тканевыми макрофагами. Открытие фагоцитоза принадлежит И. И. Мечникову, который выявил этот процесс, проделывая опыты с морскими звёздами и дафниями, вводя в их организмы инородные тела. Например, когда Мечников поместил в тело дафнии спору грибка, то он заметил, что на нее нападают особые подвижные клетки. Когда же он ввел слишком много спор, клетки не успели их все переварить, и животное погибло. Клетки, защищающие организм от бактерий, вирусов, спор грибов и пр. Мечников назвал фагоцитами.У человека различают два типа профессиональных фагоцитов: нейтрофилы и моноциты (в ткани - макрофаги)
Основные этапы фагоцитарной реакции сходны для клеток обоих типов. Реакция фагоцитоза может быть подразделена на несколько этапов:
1. Хемотаксис. В реакции фагоцитоза более важная роль принадлежит положительному хемотаксису. В качестве хемоаттрактантов выступают продукты выделяемые микроорганизмами и активированными клетками в очаге воспаления (цитокины, лейкотриен В4, гистамин), а также продукты расщепления компонентов комплемента (С3а, С5а), протеолитические фрагменты факторов свертывания крови и фибринолиза (тромбин, фибрин), нейропептиды, фрагменты иммуноглобулинов и др. Однако, "профессиональными" хемотаксинами служат цитокины группы хемокинов.
Ранее других клеток в очаг воспаления мигрируют нейтрофилы, существенно позже поступают макрофаги. Скорость хемотаксического перемещения для нейтрофилов и макрофагов сопоставима, различия во времени поступления вероятно связаны с разной скоростью их активации.
2. Адгезия фагоцитов к объекту. Обусловлена наличием на поверхности фагоцитов рецепторов для молекул, представленных на поверхности объекта (собственных или связавшихся с ним). При фагоцитозе бактерий или старых клеток организма хозяина происходит распознавание концевых сахаридных групп - глюкозы, галактозы, фукозы, маннозы и др., которые представлены на поверхности фагоцитируемых клеток. Распознавание осуществляется лектиноподобными рецепторами соответствующей специфичности, в первую очередь маннозосвязывающим белком и селектинами, присутствующими на поверхности фагоцитов.
В тех случаях когда объектами фагоцитоза являются не живые клетки, а кусочки угля, асбеста, стекла, металла и др, фагоциты предварительно делают объект поглощения приемлемым для осуществления реакции, окутывая его собственными продуктами, в том числе компонентами межклеточного матрикса, который они продуцируют.
Хотя фагоциты способны поглощать и разного рода "неподготовленные"
объекты, наибольшей интенсивности фагоцитарный процесс
достигает при опсонизации т.е. фиксации на поверхности объектов
опсонинов к которым у фагоцитов есть специфические рецепторы -
к Fc-фрагменту антител, компонентам системы комплемента,
фибронектину и т.д.
3. Активация мембраны.
На этой стадии осуществляется
подготовка объекта к погружению. Происходит активация
протеинкиназы С, выход ионов кальция из внутриклеточных депо.
Большое значение играют переходы золь-гель в системе клеточных
коллоидов и актино-миозиновые перестройки.
4. Погружение. Происходит обволакивание объекта
5. Образование фагосомы. Замыкание мембраны, погружение объекта с частью мембраны фагоцита внутрь клетки.
6. Образование фаголизосомы. Слияние фагосомы с лизосомами, в результате чего образуются оптимальные условия для бактериолиза и расщепления убитой клетки. Механизмы сближения фагосомы и лизосом не ясны, вероятно имеется активное перемещение лизосом к фагосомам.
7. Киллинг и расщепление. Велика роль клеточной стенки перевариваемой клетки. Основные вещества участвующие в бактериолизе: перекись водорода, продукты азотного метаболизма, лизоцим и др. Процесс разрушения бактериальных клеток завершается благодаря активности протеаз, нуклеаз, липаз и других ферментов, активность которых оптимальна при низких значениях рН.
8. Выброс продуктов деградации.
Фагоцитоз может быть: завершенным (киллинг и переваривание прошло успешно), незавершенным (для ряда патогенов фагоцитоз является необходимой ступенью их жизненного цикла, например у микобактерий и гонококков).
Активация комплемента.
Система комплемента работает как биохимический каскад реакций. Комплемент активируется тремя биохимическими путями: классическим, альтернативным и лектиновым путем. Все три пути активации производят разные варианты C3-конвертазы (белка, расщепляющего С3). Классический путь (он был открыт первым, но эволюционно является новым) требует антител для активации (специфический иммунный ответ, приобретённый иммунитет), в то время как альтернативный и лектиновый пути могут быть активизированы антигенами без присутствия антител (неспецифический иммунный ответ, врождённый иммунитет). Итог активации комплемента во всех трёх случаях одинаков: C3-конвертаза гидролизует СЗ, создавая C3a и C3b и вызывая каскад дальнейшего гидролиза элементов системы комплемента и событий активации. В классическом пути для активации С3-конвертазы необходимо образование комплекса С4b2a. Этот комплекс образуется при расщеплении С2 и С4 С1-комплексом. С1-комплекс, в свою очередь, для активации должен связаться с иммуноглобулинами класса М или G. C3b связывается с поверхностью болезнетворных микроорганизмов, что приводит к большей «заинтересованности» фагоцитов к связанным с СЗb клеткам (опсонизация). C5a - важный хемоаттрактант, помогающий привлекать в район активации системы комплемента новые иммунные клетки. И C3a, и C5a имеют анафилотоксическую активность, непосредственно вызывая дегрануляцию тучных клеток (как следствие - выделение медиаторов воспаления). C5b начинает формирование мембраноатакующих комплексов (МАК), состоящим из C5b, C6, C7, C8 и полимерного C9. МАК - цитолитический конечный продукт активации системы комплемента. МАК формирует трансмембранный канал, вызывающий осмотический лизис клетки-мишени. Макрофаги поглощают помеченные системой комплемента болезнетворные микроорганизмы.
Классический путь
Классический путь запускается активацией комплекса С1 (он включает одну молекулу С1q и по две молекулы С1r и С1s). Комплекс С1 связывается с помощью С1q с иммуноглобулинами классов М и G, связанными с антигенами. Гексамерный C1q по форме напоминает букет нераскрытых тюльпанов, «бутоны» которого могут связываться с Fc участком антител. Для инициации этого пути достаточно единственной молекулы IgM, активация молекулами IgG менее эффективна и требует больше молекул IgG.
С1q связывается прямо с поверхностью патогена, это ведет к конформационным изменениям молекулы С1q, и вызывает активацию двух молекул сериновых протеаз С1r. Они расщепляют С1s (тоже сериновую протеазу). Потом комплекс С1 связывается с С4 и С2 и затем расщепляет их, образуя С2а и С4b. С4b и С2а связываются друг с другом на поверхности патогена, и образуют С3-конвертазу классического пути, С4b2а. Появление С3-конвертазы приводит к расщеплению С3 на С3а и С3b. С3b образует вместе с С2а и С4b С5-конвертазу классического пути.
Альтернативный путь
Альтернативный путь запускается гидролизом C3 прямо на поверхности патогена. В альтернативном пути участвуют факторы В и D. С их помощью происходит образование фермента СЗbВb. Стабилизирует его и обеспечивает его длительное функционирование белок P. Далее РС3bВb активирует С3, в результате образуется С5-конвертаза и запускается образование мембраноатакующего комплекса. Дальнейшая активация терминальных компонентов комплемента происходит так же, как и по классическому пути активации комплемента.
Альтернативный путь отличается от классического следующим: при
активации системы комплемента не нужно образование иммунных
комплексов, он происходит без участия первых компонентов
комплемента - С1, С2, С4. Он также отличается тем, что
срабатывает сразу же после появления антигенов - его
активаторами могут быть бактериальные полисахариды и
липополисахариды, вирусные частицы, опухолевые клетки.
Лектиновый (маннозный) путь активации системы комплемента
Маннан (маннан - полимер маннозы)-связанный лектиновый путь гомологичен классическому пути активации системы комплемента. Этот путь использует маннан-связывающий лектин (MBL)- белок, подобный C1q классического пути активации, который связывается с маннозными остатками и другими сахарами на мембране, что позволяет распознавать разнообразные болезнетворные микроорганизмы. MBL - белок, принадлежащий к коллектиновой группе белков, которая производится печенью и может активировать каскад комплемента, связываясь с поверхностью патогена. MBL - 2-6-вершинная молекула, которая формирует комплекс с MASP-I (Mannan-binding lectin Associated Serine Protease, MBL-связанная сериновая протеаза) и MASP-II. MASP-I и MASP-II весьма схожи с C1r и C1s классической пути активации и, возможно, имеют общего эволюционного предшественника. Когда определяющие углеводы вершины MBL связываются с определенным образом ориентированными маннозными остатками на фосфолипидном бислое болезнетворного микроорганизма, MASP-I и MASP-II активируются и расщепляют белок C4 на C4a и C4b, а белок С2 на C2a и C2b.Затем C4b и C2a объединяются на поверхности болезнетворного микроорганизма, формируя C3-конвертазу, а C4a и C2b действуют как хемоаттрактанты.Клеточный иммунный ответ
Проникший в организм вирус эндоцитируется макрофагами и затем частично разрушается в эндоплазматическом ретикулуме (1). В результате образуются чужеродные фрагменты, которые экспонируются на клеточной поверхности макрофагов (2). Эти фрагменты «презентируются» специальной группой мембранных белков (белки ГКГС). Комплекс из вирусного фрагмента и белка главного комплекса гистосовместимости [ГКГС (МНС)] распознается и связывается Т-клетками с помощью специфических (Т-клеточных) рецепторов. Среди огромного числа Т-клеток только немногие обладают подходящим рецептором (3), Связывание приводит к активации этих Т-клеток и появлению их селективных копий (4, "клональная селекция"). В активации Т-клеток участвуют различные гормоноподобные Сигнальные белки, интерлейкины [ИЛ (IL), см. с. 378]. Эти белки секретируются теми клетками иммунной системы, которые активируются при связывании с Т-клетками. Так, активированные макрофаги с презентируемым вирусным фрагментом секретируют IL-1 (5), а Т-клетки продуцируют IL-2 (6), который стимулирует их собственное клональное копирование и репликацию Т-хелперных клеток.
Клонированные и активированные Т-клетки осуществляют различные функции в зависимости от их типа. Цитотоксические Т-клетки (на схеме зеленого цвета) способны узнавать и связывать те клетки организма, которые инфицированы вирусами и на своих рецепторах ГКГС несут фрагменты вируса (7). Цитотоксические Т-клетки секретируют перфорин - белок, который делает проницаемой мембрану связанной инфицированной клетки, что и приводит к ее лизису (8).
Т-Хелперы (на схеме голубого цвета), напротив, связываются с В-клетками, которые презентируют на своей поверхности фрагменты вируса, связанные с белком ГКГС (9). Это ведет к селективному клонированию индивидуальных В-клеток и их массированной пролиферации, Интерлейкин стимулирует (10) созревание В-клеток - превращение в плазматические клетки (11), способные синтезировать и секретировать антитела (12)
Фагоцитоз филогенетически является наиболее древним защитным процессом, осуществляемым специализированными клетками иммунной системы (Мечников 1883, 1892; Greenberg, 1999). Именно И. И. Мечниковым впервые в сравнительных морфофизиологических исследованиях была доказана ключевая роль этого механизма иммунной защиты в формировании резистентности животных к инфекции.
К профессиональным фагоцитам у позвоночных животных в первую очередь относятся нейтрофилы (полиморфноядерные лейкоциты, микрофаги) и моноциты/макрофаги (моноядерные, мононуклеарные фагоциты). Эти клетки морфофизиологически и биохимически приспособлены к осуществлению поглощения и инактивации микробных тел и частиц, превышающих размеры диаметром 0.5 мкм (размер наименьших бактерий группы Mycoplasma). Отличие фагоцитоза от других форм эндоцитарных реакций клеток предполагает обязательное участие в этом процессе актинового цитоскелета, который в форме микрофиламентов пронизывает псевдоподии, осуществляющие захват микроорганизмов и частиц. Фагоцитоз требует для своего протекания определенных температурных условуй (t > +13-18 °С) и не происходит при более низких температурах у позвоночных животных. Наряду с нейтрофилами и моноцитами/макрофагами в фагоцитозе принимают участие незрелые дендритные клетки, эозинофилы, тучные клетки, эпителиальные клетки, тромбоциты и даже некоторые лимфоциты.
Контакт фагоцита с микроорганизмом инициирует клеточные реакции, связанные с цитоплазматической мембраной, цитоскелетом, активацией механизмов убивания (киллинга) патогенов, продукцией цитокинов, хемокинов и молекул, играющих ключевую роль в представлении антигенов (Underhill, Ozinsky, 2002).
Рецепторы фагоцитоза
|
| Клетки | Рецептор | Мишень | Лиганд |
| Макрофаги | MARCO | Е. co/і, S. aureus | Неидентифи- |
| » | MER | Апоптические тимоциты | ? Gas6Apoc- фатидил- серин |
| Многие | PSR | Апоптические | Фосфати- дилсерин |
| Макрофаги | CD36 | Апоптические нейтрофилы | Фосфати- дилсерин |
| » | CD14 | Pseudomonas апоптические | ?лпс неиденти- фицирован |
| Многие | pi-интегрины | Yersinia spp. | Инвазии |
| клетки | |||
| Макрофаги | опфЗ | Апоптические | ? тромбоспондин |
| Дендритные | софЗ | То же | Неиденти- |
| альные | |||
| Эпителиаль- | Е-кадхерин | Listeria spp. | 1п1А |
| ные клетки | |||
| То же | Met | То же | 1п1В |
Основные стадии фагоцитоза: хемотаксис, контакт фагоцита с микробом, поглощение (интернализация) микроорганизмов (фагоцитоз в узком смысле слова), инактивация (киллинг) и последующее переваривание патогенов в вакуолярном аппарате фагоцитов (завершение фагоцитоза). Наряду с этими функциональными проявлениями фагоцитоз, как правило, сопровождается секреторными реакциями фагоцитов, особенно моноцитов/ макрофагов и дендритных клеток, в ходе которых выделяются разнообразные физиологически активные вещества, обеспечивающие протективный характер течения и завершения всего процесса в целом.
В распознавании, контакте и поглощении микробов фагоцитами участвуют разнообразные рецепторы (табл. 7) (Greenberg, 78
Grinstein, 2002). С помощью современных молекулярно-генетических методов установлено, что при фагоцитозе частиц латекса макрофагами мыши в фагоцитах наблюдаются изменения в экспрессии более 200 генов, а при фагоцитозе Mycobacterium tuberculosis - около 600 (Ehrt et al., 2001). Все это свидетельствует о сложном и комплексном характере структурно-функциональных изменений в макрофагах, сопряженных с фагоцитарным процессом. Понимание их молекулярной основы обеспечит в перспективе создание фармакологических средств, направленно регулирующих процесс фагоцитоза. Многообразие рецепторов обеспечивает эффективность распознавания патогенов («несвоего») и является необходимым условием для последующей прицельной инактивации инфекционных агентов. В одной из современных концепций врожденного иммунитета совокупность этих рецепторов принято обозначать как систему рецепторов (молекул), распознающих патогенассоциированные молекулярные паттерны (Janeway, 1992, 2002). "
Фагоцитоз - процесс, при котором специально предназначенные для этого клетки крови и тканей организма (фагоциты) захватывают и переваривают твёрдые частицы. Стадии фагоцитоза: 1. Приближение (хемотаксис) - активное движение к химическим раздражителям – продуктам жизнедеятельности микроорганизмов, веществам, образующимся в результате взаимодействия антигена с антителом; 2. Прилипание. Фагоциты способны образовывать тонкие цитоплазматические выпячивания, которые выбрасываются по направлению к объекту фагоцитоза и с помощью которых осуществляется прилипание. Определённое значение при этом имеет поверхностный заряд лейкоцитов. Лейкоциты с отрицательным зарядом лучше прилипают к объекту с положительным зарядом; 3. Поглощение объекта. Поглощение объекта лейкоцитами может происходить двумя способами: 1) контактирующий с объектом участок цитоплазмы втягивается внутрь клетки, а вместе с ним втягивается и объект; 2) фагоцит прикасается к объекту своими длинными и тонкими псевдоподиями, а потом все телом подтягивается в сторону объекта и обволакивает его. В обоих случаях инородная частица окружена цитоплазматической мембраной и вовлечена внутрь клетки. В итоге образуется своеобразный мешочек с инородным телом (фагосома). 4. Переваривание. Лизосома приближается к фагосоме, их мембраны сливаются, образуя единую вакуоль, в которой находятся поглощённая частица и лизосомальные ферменты (фаголизосома). В фаголизосомах устанавливается оптимальная для действия ферментов реакция (рН около 5,0) и начинается переваривание поглощённого объекта.Однако одни ферменты не могут обеспечить достаточного киллерного действия. Эффективность фагоцитоза возрастает, когда в процесс подключается так называемая кислородная система В норме лейкоциты черпают энергию в основном вследствие гликолиза. При фагоцитозе повышается потребление кислорода, причём столь резкое, что его принято называть «респираторным взрывом». Смысл столь резкого (до 10 раз) повышения потребления кислорода состоит в том, что он используется для борьбы с микроорганизмами. Заимствованный из среды кислород активируется путём частичного восстановления. При этом образуется перекись водорода и свободные радикалы. Эти высокоактивные соединения вызывают перекисное окисление липидов, белков, углеводов и при этом повреждают построенные из этих веществ клеточные структуры микроорганизмов. Кислородный механизм пускается в ход, когда рецептор фагоцита приходит в контакт с объектом фагоцитоза. У фагоцитов имеются и другие, не связанные с кислородом, механизмы борьбы с микроорганизмами. К ним относятся: а) лизоцим, который разрушает мембраны бактерий; б) лактоферрин, конкурирующий за ионы железа; в) катионные белки, нарушающие структуру мембран микроорганизмов. Опсонизация - процесс взаимодействия опсонинов с бактериями, в ходе которого последние становятся более восприимчивыми к действию фагоцитов. Обладая рецепторами к опсонизирующим белкам комплемента, которые прикрепились к поверхности мишеней (микробов, иммунных комплексов и др.), фагоцитарные клетки связывают эти мишени и активируются, что приводит к эндоцитозу или фагоцитозу мишеней. Процесс О. осуществляется также соответствующими специфическими антителами, взаимодействующими с антигенными эпитопами бактерий, вирусов, токсинов. В этом случае опсонизированный антиген прикрепляется к фагоцитирующей клетке через взаимодействие с поверхностными рецепторами (Fc-рецепторы) клетки к Fc-фрагменту иммуноглобулинов. Этим же фрагментом антитела могут взаимодействовать и с фагоцитами, благодаря чему клетки возбудителя будут ими разрушены.
1. Иммунитет. Фагоцитоз
Иммунитет (от лат. immunitas – «избавление», «освобождение от чего-либо») – это невосприимчивость организма к различным инфекционным агентам, а также продуктам их жизнедеятельности, веществам и тканям, которые обладают чужеродными антигенными свойствами (например, ядам животного и растительного происхождения). Однажды переболев, наш организм запоминает возбудителя болезни, поэтому в следующий раз заболевание протекает быстрее и без осложнений. Но часто после длительных заболеваний, оперативных вмешательств, при неблагоприятной экологической обстановке и в состоянии стресса иммунная система может давать сбои. Снижение иммунитета проявляется частыми и длительными простудами, хроническими инфекционными заболеваниями (ангиной, фурункулезом, гайморитом, кишечными инфекциями), постоянной повышенной температурой и т. д.
Если обобщить все вышеизложенное, то можно сказать, что иммунитет является способом защиты организма от живых тел и веществ, которые несут в себе признаки генетически чужой информации. Наиболее древний и стабильный механизм взаимодействия ткани с любыми внешними повреждающими факторами среды (антигенами) – это фагоцитоз. Фагоцитоз в организме осуществляется специальными клетками – макрофагами, микрофагами и моноцитами (клетками-предшественниками макрофагов). Это сложный многоступенчатый процесс захвата и уничтожения всех попавших в ткани чужеродных для них микрообъектов, не трогая собственные ткани и клетки. Фагоциты, перемещаясь в межклеточной жидкости ткани, при встрече с антигеном захватывают его и переваривают до того, как он контактирует с клеткой. Этот механизм защиты был открыт И. М. Мечниковым в 1883 г. и был положен в основу разработанной им теории фагоцитной защиты организма от болезнетворных микробов. Установлено широкое участие макрофагов в различных иммунологических процессах. Кроме защитных реакций против различных инфекций, макрофаги участвуют в противоопухолевом иммунитете, распознавании антигена, регуляции иммунных процессов и осуществлении иммунного надзора, в распознавании и разрушении единичных измененных клеток собственного организма, в том числе опухолевых, в регенерации различных тканей и в воспалительных реакциях. Макрофаги также вырабатывают различные вещества, оказывающие противоантигенное воздействие. Фагоцитоз включает несколько стадий:
2) прикрепление фагоцита к нему;
3) распознавание микроба или антигена;
4) поглощение его клеткой фагоцита (собственно фагоцитоз);
5) умерщвление микроба с помощью ферментов, выделяемых клеткой;
6) переваривание микроба.
Но в некоторых случаях фагоцит не может умертвить определенные виды микроорганизмов, которые даже способны размножаться в нем. Именно поэтому фагоцитоз не всегда может обеспечить защиту организма от повреждения.
Из книги Здоровье Вашей собаки автора Анатолий Баранов Из книги Общая и клиническая иммунология автора Н. В. Анохина2. Иммунитет Воспалительный процесс – это местный компенсаторный механизм, обеспечивающий восстановление поврежденного участка ткани, который изменен в результате взаимодействия с повреждающим фактором любой природы. В процессе эволюции появилась специфическая
Из книги Детские инфекционные болезни. Полный справочник автора Автор неизвестенИММУНИТЕТ После перенесенной менингококковой инфекции или после длительного бактерионосительства в организме человека начинают вырабатываться специфические антитела: агглютинины, бактерицидные антитела, преципитины. С первых дней болезни титр гемагглютининов
Из книги Пропедевтика детских болезней автора О. В. ОсиповаИММУНИТЕТ Несмотря на то что в процессе заболевания в крови больного накапливаются специфические антибактериальные и антитоксические антитела, иммунитет остается типоспефичным и нестойким. В практике описаны и повторные случаи заболевания, причем вызванные не только
Из книги Грудное вскармливание автора Марта Сирс41. Фагоцитоз – как защитный механизм Фагоцитоз является ранним защитным механизмом плода. Циркулирующие фагоциты – лейкоциты полиморфно-ядерные, моноциты, эозинофилы, фиксированные в тканях фагоциты – макрофаги, клетки селезенки, звездчатые ретикулоэндотелиоциты –
Из книги Реабилитация после воспалительных заболеваний женских половых органов автора Антонина Ивановна ШевчукИммунитет Ваше молоко, так же как ваша кровь, - живое вещество. Коран называет материнское молоко «белой кровью». Капля грудного молока содержит около миллиона белых кровяных телец. Эти клетки, называемые макрофагами (большими едоками), поглощают микробов. Материнское
Из книги Золотой ус. Лечение и профилактика простудных заболеваний автора Юлия Улыбина2. ИММУНИТЕТ Как вы уже поняли, справляться с воспалительными заболеваниями, в том числе и со скрытыми инфекциями, помогает иммунитет – защитная сила организма. Все заболевания ослабляют иммунитет, а он в свою очередь становится неспособным побеждать заболевания.
Из книги Целительные мудры автора Татьяна ГромаковскаяИммунитет Почему человеческий организм подвержен различным заболеваниям? На этот сложный вопрос в медицинских справочниках, учебниках, монографиях и научных публикациях отвечают по-разному. Указывают на различные причины (этиология) и механизмы развития (патогенез)
Из книги Энциклопедия народной медицины. Золотая коллекция народных рецептов автора Людмила МихайловаИммунитет Линга-мудра Это главная мудра для повышения иммунитета (см. рис. 44 и 47). Она является основной мудрой, стимулирующей защитные силы организма, тем самым мобилизуя иммунитет и ускоряя выздоровление. Необходимо выполнять эту мудру с целью лечения до 3 раз в день по 15
Из книги 365 рецептов здоровья от лучших целителей автора Людмила Михайлова Из книги Чеснок. Чудо-целитель автора Анна Мудрова (сост.)Иммунитет Укрепляя иммунитет, обращаем внимание в первую очередь на питание. Практически вся растительная пища, особенно желтого и красного окраса (морковь, красный перец, дыня, помидоры, тыква) содержит бета-каротин, преобразующийся в организме в витамин А. Витамин А и
Из книги Лучший травник от знахаря. Народные рецепты здоровья автора Богдан ВласовИммунитет Если вы часто простываете, начинают напоминать хронические болезни, задумайтесь - может быть, у вас снизился иммунитет.Иммунитет - это способность организма сопротивляться бактериям, вирусам, токсинам.В защите организма от возбудителей инфекционных
Из книги Экологичное питание: натуральное, природное, живое! автора Любава ЖиваяИммунитет Иммунитет – способность организма сопротивляться бактериям, вирусам, токсинам. В защите организма от возбудителей инфекционных заболеваний существенную роль, помимо приобретенного иммунитета, играют неспецифические факторы защиты. Это непроницаемость
Из книги Тайная мудрость человеческого организма автора Александр Соломонович ЗалмановИммунитет Функции белка в организме многообразны. Белок нужен не только для строительства мышц, как думают многие. Нехватка белка приводит к нарушению иммунитета, потому что иммуноглобулины - тоже белки. Вот так невидовое питание приводит человека к болезням -
Из книги Атлас: анатомия и физиология человека. Полное практическое пособие автора Елена Юрьевна ЗигаловаФагоцитоз Клетки не только способны образовывать псевдоподии, сжимаясь, они выделяют обволакивающие пластинки для фиксации чужеродных частичек, таких как частички пыли, микробы, остатки мертвых, дегенерированных клеток.Тот факт, что лейкоциты и другие подвижные
Из книги автораИммунитет Иммунитет (лат. immunitas – «освобождение от чего-либо») защита организма от генетически чужеродных организмов и веществ, к которым относят микроорганизмы, вирусы, черви, различные белки, клетки, в том числе и собственные измененные. ВНИМАНИЕ Благодаря иммунитету