Фагоцитоз

Как «работают» фагоциты в человеческом организме

Для человека фагоциты важны тем, что они защищают организм от бактерий, токсических веществ и некоторых вирусов. Некоторые из этой группы клеток способны продуцировать разные биоактивные вещества, стимулировать воспалительные реакции, а также активизировать работу других агентов иммунной системы. По сути, фагоциты – это вторая линия обороны организма от патогенов, которые через защитные барьеры все же проникли в организм. Процесс поглощения фагоцитарными клетками опасных для человека веществ называется фагоцитозом.

Чтобы было проще понять, как работают фагоциты в человеческом организме, следует вспомнить амебу – представителя одноклеточных, известного большинству со школьной программы. Как и амеба, фагоцит имеет так называемые ложные ножки, которыми обволакивает свою добычу и поглощает ее. Кстати, ученые предполагают, что амебы и фагоциты, с точки зрения эволюции, являются родственниками.

Когда в организм проникает патоген, фагоциты улавливают распространяющиеся от него химические вещества и направляются к ним. Когда патоген соприкасается с рецепторами фагоцита, происходит фагоцитоз. После того, как враждебное для организма вещество проникло внутрь фагоцитарной клетки, она использует окислители или оксид азота для уничтожения «врага». Остатки «съеденного» патогена фагоцит выбрасывает обратно на свою поверхность, после чего «переваренные» вещества проникают в лимфу и выводятся из организма.

Правда, в некоторых случаях фагоциты оказываются беспомощными перед «врагом». Такое обычно случается, когда патоген оказывается в месте, к которому фагоциты не способны добраться. Также некоторые «враги» могут продуцировать химические вещества, которые не дают фагоциту приблизиться к непрошенному гостю. Кроме того, иногда фагоцитарные клетки могут терять «работоспособность» из-за нарушений в иммунной системе.

Как происходит фагоцитоз?

Чтобы осуществить процесс фагоцитоза, клетки должны выполнить несколько последовательных действий. Имейте в виду, что различные типы клеток выполняют фагоцитоз по разному.

• Вирус и клетка должны вступить в контакт друг с другом. Иногда иммунная клетка случайно попадает в вирус в кровотоке. В других случаях клетки перемещаются посредством процесса, называемого «хемотаксис». Хемотаксис означает движение микроорганизма или клетки в ответ на химический стимул. Многие клетки иммунной системы движутся в ответ на цитокины, небольшие белки, используемые специально для передачи сигналов в клетке. Цитокины сигнализируют клеткам перемещаться в определенную область тела, где обнаружена частица (в нашем случае, вирус). Это характерно для инфекций определенной области (например, рана кожи, пораженная бактериями).
• Вирус связывается с рецепторами на клеточной поверхности макрофага. Помните, что разные типы клеток экспрессируют разные рецепторы. Некоторые рецепторы являются общими, а это означает, что они могут идентифицировать самопроизвольную молекулу по сравнению с потенциальной угрозой, в то время как, другие очень специфичны, например, схожие с подобными рецепторами или антителами. Макрофаг не инициирует фагоцитоз без успешного связывания рецепторов клеточной поверхности.
• Вирусы также могут иметь поверхностные рецепторы, специфичные для вирусов на макрофаге. Вирусы должны получить доступ к цитоплазме или ядру клетки-хозяина, чтобы реплицировать и вызывать инфекцию, поэтому они применяют свои поверхностные рецепторы для взаимодействия с клетками иммунной системы и используют иммунный ответ для входа в клетку. Иногда, когда вирус и клетка-хозяин взаимодействуют, клетка-хозяин может успешно уничтожить вирус и остановить распространение инфекции. В других случаях клетка-хозяин поглощает вирус, который начинает реплицироватся. Как только это произойдет, инфицированная клетка идентифицируется и уничтожается другими клетками иммунной системы, чтобы остановить вирусную репликацию и распространение инфекции.

Макрофаг начинает вращаться вокруг вируса, поглощая его в карман. Вместо того, чтобы перемещать большой элемент через плазматическую мембрану, который может повредить ее, фагоцитоз использует инвагинацию, чтобы захватить частицу внутрь, обволакивая ее вокруг. Инвагинация – это действие сгибания внутрь себя, чтобы сформировать полость или мешочек. Клетка захватывает вирус внутрь, создавая карманное углубление без повреждения плазматической мембраны. Помните, что клетки являются достаточно гибкими и текучими.

Захваченный вирус полностью закрывается в виде пузырьковой структуры, называемой «фагосом», внутри цитоплазмы. Губы кармана, образованные в результате инвагинации, стягивают друг к другу, чтобы закрыть зазор. Это действие создает фагосому, где плазменная мембрана перемещается вокруг частицы, безопасно помещая ее внутри клетки.

• Фагосомы сливаются с лизосомой, становясь «фаголисосомой». Лизосомы также являются пузырчатыми структурами, подобными фагосомам, которые обрабатывают отходы внутри клетки. Для лучшего понимание функций лизосомы, приставка «Лизис» означает разделение или растворение. Без слияния с лизосомой, фагосома не способна ничего сделать с содержимым внутри.
• Фаголисосома понижает pH, чтобы разрушить свое содержимое. Лизосома или фаголисосома способны разрушать вещество внутри себя, резко снижая рН внутренней среды. Снижение рН делает окружающую среду в фаголисосоме очень кислой. Это эффективный способ убить или нейтрализовать все, что находится внутри фаголизосомы, чтобы не допустить заражение клетки. Некоторые вирусы фактически используют пониженный рН, чтобы вырваться из фаголисосомы и начать реплицировать внутри клетки. Например, грипп использует снижение рН для активации конформационного изменения, что позволяет ему выйти в цитоплазму.
• После того, как содержимое было нейтрализовано, фаголизосома образует остаточное тело, которое содержит отходы из фаголисосомы. Остаточное тело в конечном итоге выводится из клетки.

Всегда ли фагоциты полезны

Лучшие материалы месяца

• Коронавирусы: SARS-CoV-2 (COVID-19)
• Антибиотики для профилактики и лечения COVID-19: на сколько эффективны
• Самые распространенные «офисные» болезни
• Убивает ли водка коронавирус
• Как остаться живым на наших дорогах?

Механизм воздействия на патогены у фагоцитов отработан тысячелетиями эволюции. Но даже это не делает их абсолютно безопасными и полезными для человеческого организма. И во многом виной не столько сами фагоциты, сколько условия современной жизни человека. Плохая экология, хронические стрессы часто приводят к тому, что в принципах работы фагоцитов появляются сбои. Взять хотя бы аутоиммунные заболевания. Эта группа болезней вызвана тем, что вследствие сбоя иммунитет воспринимает клетки собственного организма как патогены. Как следствие, фагоциты «набрасываются» на ткани почек, суставы, разные части сердца, и организм начинает стареть в несколько раз быстрее.

В человеческом организме присутствует огромное количество клеток специфического действия – фагоцитов

Они взаимодействуют между собой и другими клетками, поэтому очень важно, чтоб этот процесс проходил правильно. Любой дисбаланс этого взаимодействия влечет за собой проблемы со здоровьем

Лучшая помощь для правильной работы фагоцитов – это соблюдение здорового образа жизни, правильного питания и поддержания иммунитета в норме.

Больше свежей и актуальной информации о здоровье на нашем канале в Telegram. Подписывайтесь: https://t.me/foodandhealthru

Автор статьи:

Фурманова Елена Александровна

Специальность: врач педиатр, инфекционист, аллерголог-иммунолог.

Общий стаж: 7 лет.

Образование: 2010, СибГМУ, педиатрический, педиатрия.

Другие статьи автора

Будем признательны, если воспользуетесь кнопочками:

Общая характеристика фагоцитов

О существовании фагоцитов мир узнал в конце XIX века благодаря биологу Илье Мечникову. Ученый, наблюдая за плоскими червями и личинками морских звезд, обнаружил у них удивительное свойство: не имея рта, они способны поглощать и растворять разные вещества. В ходе наблюдения биолог предположил, что весь «фокус» – в особых клетках, которые содержатся в подопытных организмах. Оказалось, что эти клетки быстро перемещаются внутри личинок и поглощают все, что попадает в организм. Причем как обнаружил вскоре исследователь, открытые им клетки способны поглощать не только пищу. Мечников вонзил в тельце личинки морской звезды маленькую деревянную занозу и начал наблюдать в микроскоп за поведением удивительных клеток. Вскоре они скопились вокруг занозы и начали ее пожирать. Эти «прожорливые» клетки и есть фагоциты. Кстати, их название происходит от греческих слов, которые так и переводятся – «пожирать».

В ходе дальнейших исследований было обнаружено, что фагоциты продуцируются костным мозгом и содержатся в организме всех животных и людей. Они концентрируются в крови и почти всех тканях. В человеческих телах они представлены сразу в нескольких видах.

Фагоцитоз

Под фагоцитозом понимают поглощение клеткой частиц размером более 0,5 мкм. Как уже отмечалось, явление фагоцитоза было открыто И.И. Мечниковым (1882). Он показал фундаментальную роль фагоцитоза как способа питания одноклеточных организмов, эволюционировавшую у многоклеточных в механизм защиты от чужеродных агентов. В настоящее время роль фагоцитоза в организме многоклеточных рассматривают еще шире: показано его участие в морфогенезе, элиминации клеток, погибающих по механизму апоптоза и т.д.

Традиционно выделяют 8 стадий фагоцитоза (табл. 2.16, рис. 2.25):

• приближение к объекту фагоцитоза в результате хемотаксиса;
• адгезия;
• активация мембраны;
• погружение;
• образование фагосомы;
• слияние фагосомы и лизосомы;
• киллинг и расщепление объектов фагоцитоза;
• выброс продуктов деградации.
  Таблица 2.16. Стадии фагоцитоза

Рис. 2.25. Стадии фагоцитоза: 1 — хемотаксис; 2 — адгезия; 3 — активация мембраны; 4 — погружение; 5 — образование фагосомы; 6 — слияние фагосомы и лизосомы; 7 — киллинг и расщепление; 8 — выброс продуктов деградации

Хемотаксис фагоцитов рассмотрен нами выше, поскольку он связан с процессом эмиграции лейкоцитов из кровяного русла. Хемотаксис служит обязательной предпосылкой миграции, независимо от исходного положения фагоцита (в кровотоке, в очаге воспаления и т.д.). Хемотаксис можно рассматривать как дистантное взаимодействие фагоцита и его объекта. Благодаря предшествовавшему хемотаксису к началу фагоцитоза клетка оказывается поляризованной: нити цитоскелета и органеллы ориентированы в направлении источника хемотаксических сигналов (обычно — объекта фагоцитоза), а мембранные молекулы, необходимые для осуществления фагоцитоза, локализованы на полюсе клетки, обращенном к мишени.

Рассмотрим фагоцитоз с этапа адгезии, на котором клетки-участники фагоцитарного процесса взаимодействуют физически. В традиционный перечень стадий фагоцитоза внесены некоторые изменения, соответствующие современному пониманию молекулярных основ процесса фагоцитоза. 

предыдущая
к содержанию
следующая

А так же в разделе «Фагоцитоз »

• Основные группы хемоаттрактантов
• Хемокины и их рецепторы
• Хемокины в очаге воспаления. Интерлейкин-8 и другие провоспалительные хемокины
• Эмиграция и хемотаксис лейкоцитов
• Адгезия фагоцитов к объектам фагоцитоза. Феномен опсонизации
• Рецепторы для распознавания опсонинов (Fc- и С3-рецепторы)
•   Активация, обусловленная связыванием рецепторов фагоцитов. Формирование фагоцитарной чаши
• Формирование и созревание фагосомы 
• Бактерицидная функция фагоцитов
• Кислородзависимые факторы бактерицидности
• Оксид азота и его производные
• Факторы бактерицидности, не зависящие от кислорода и оксида азота

Что такое фагоцитоз

Определение

Фагоцитоз — это процесс, при котором специальные клетки кожи и крови (фагоциты) идентифицируют, захватывают и поглощают микроорганизмы, разрушенные или измененные клетки собственного организма и чужеродные частицы.

Данное явление свойственно инфицированному организму, когда иммунная система борется с проникнувшим вирусом.

Обязательным условием фагоцитоза является физическая взаимосвязь фагоцита с частицей, которую клетка хочет уничтожить. Для поглощения она использует разные рецепторы в зависимости своего типа захватываемой клетки. Наиболее распространены четыре из них:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

1. Рецепторы опсонинов. Данный вид применяется для контакта с бактериями и частицами, покрытыми иммуноглобулиновыми G (или IgG) антителами иммунной системой. Такое покрытие служит маркировкой и предупреждает другие клетки организма о потенциальной опасности, которую необходимо уничтожить. 
2. Рецепторы мусорщики. Эти воспринимающие элементы отвечают за связь молекулами, продуцируемыми бактериями. Большинство бактерий вокруг себя производят протеиновую матрицу — «внеклеточный матрикс». Иммунная система использует этот матрикс для обнаружения инородных видов в организме, так как человеческие клетки не продуцируют идентичные матрицы белка.
3. Толл-подобные рецепторы. Этот тип приемника контактирует с молекулами, которые являются продукцией бактерий. Данные рецепторы являются врожденными и играют ключевую роль в защите организма. Находясь в связи с бактерией-возбудителем, они идентифицируют специфические бактерии и запускают ответную реакцию иммунитета.
4. Антитела. Эти рецепторы обеспечивают контакт с отдельными антигенами — молекулами, позволяющими иммунной системе понять вид угрозы. Иммунитет вырабатывает молекулы антител для борьбы с возбудителями инфекций, источниками аллергии и др. 

При апоптозе

После апоптоза умирающие клетки должны попадать в окружающие ткани макрофагами в процессе, называемом эффероцитозом . Одной из особенностей апоптотической клетки является представление множества внутриклеточных молекул на поверхности клетки, таких как кальретикулин , фосфатидилсерин (из внутреннего слоя плазматической мембраны), аннексин A1 , окисленные ЛПНП и измененные гликаны . Эти молекулы распознаются рецепторами на клеточной поверхности макрофага, такими как рецептор фосфатидилсерина, или растворимыми (свободно плавающими) рецепторами, такими как тромбоспондин 1 , GAS6 и MFGE8 , которые затем сами связываются с другими рецепторами макрофага, такими как CD36. и интегрин альфа-v бета-3 . Нарушения клиренса апоптотических клеток обычно связаны с нарушением фагоцитоза макрофагов. Накопление остатков апоптотических клеток часто вызывает аутоиммунные нарушения; таким образом, фармакологическое усиление фагоцитоза имеет медицинский потенциал при лечении определенных форм аутоиммунных заболеваний.

Трофозоиты Entamoeba histolytica с проглоченными эритроцитами

Всегда ли фагоциты полезны

Действие фагоцитов вследствие некоторых факторов может быть пагубным для человека. К таким условиям относятся плохая экология, постоянные стрессовые ситуации и др.

В механизмах работы клеток-защитников происходят сбои. Примером нарушения деятельности фагоцитов служит группа аутоиммунных заболеваний, развитие которых имеет следующее объяснение. Данный вид недугов возникает, когда иммунные клетки начинают воспринимать собственные клетки организма в качестве вредоносных объектов. Происходит фагоцитоз тканей почек, суставов, частей сердца. Как следствие, ускоряется процесс старения организма.

Чтобы избежать подобного рода болезней, стоит придерживаться здорового питания, вести активный образ жизни, не иметь вредных привычек и поддерживать нормальную работу иммунной системы.

Этапы фагоцитоза

1. Хемотаксис. Инородная частица, проникнувшая в организм, выделяет хемоаттрактанты. Эти частицы дают сигнал иммунной системе о наличии вредоносного объекта. Запускается процесс биохимических реакций.  Сначала в кровь выбрасываются соединения, которые вызывают воспалительный процесс. Старт воспаления активизирует фагоциты. Нейтрофильные гранулоциты (подвид лейкоцитов), «почувствовав» присутствие хемоаттрактантов, совершают выход из крови в ткани, чтобы отправиться к очагу воспаления. Проникновение агрессора в организм запускает процесс, подобный эффекту домино: включается множество физиологических явлений клеточного и субклеточного рода. Их количество исчисляется сотнями. 
2. Адгезия. После того, как клетки поглощения приблизились к патогену, они протягивают к вредителю свои отростки, связываются с ним и идентифицируют его. Процесс захвата не происходит мгновенно, поскольку фагоциты должны убедиться, верно ли они распознали вредоносного агрессора с помощью своих рецепторов. 
3. Активация мембраны. Третья по последовательности стадия характеризуется подготовкой мембран на поверхности клеток-защитников к обволакиванию и ликвидации патогена.
4. Погружение. Мембрана, представляющая собой пластичную субстанцию, при контакте с чужеродным объектом меняет форму. Сначала фагоцит протягивает к вредителю отростки, затем растекается вокруг, наползает на инородную частицу и поглощает ее.
5. Образование фагосомы. Фагосома представляет собой пузырек внутри клетки-защитника. Он образуется в результате полного захвата «чужака» и наружного замыкания мембраны. Патоген остается блокированным внутри фагосомы.
6. Формирование фаголизосомы. Параллельно с предыдущими стадиями фагоцитоза, внутри клетки-поглотителя активизировались органеллы (лизосомы с «пищеварительными» ферментами клетки). Сразу после захвата вируса эти органеллы подходят к плененной частице. Происходит слияние мембран лизосом с оболочкой фагосомы. Содержимая в органелле жидкость изливается в пузырь. Таким образом, лизосомы представляют собой оружие против вредоносного объекта.
7. Киллинг. Под воздействием органеллы захваченная частица переваривается. Затем пузырь, в котором был заблокирован агрессор, расщепляет его.
8. Удаление продуктов расщепления. На этом этапе происходит чистка организма от остатков уничтоженного патогена. Мешочек с расщепленным вредителем приближается к внешней мембране фагоцита и соединяется с ней. Так происходит удаление остатков поглощенной инородной частицы из клетки. Фагоцитоз на этом завершается.

В протистах

У многих простейших фагоцитоз используется как средство питания, частично или полностью обеспечивая их питание. Это называется фаготрофным питанием, в отличие от осмотрофического питания, которое происходит за счет абсорбции.

• У некоторых, таких как амеба , фагоцитоз происходит путем окружения целевого объекта псевдоподиями , как в фагоцитах животных. У человека амебозойная Entamoeba histolytica может фагоцитировать эритроциты .
• Инфузории также участвуют в фагоцитозе. У инфузорий есть специальная бороздка или камера в клетке, где происходит фагоцитоз, называемая цитостомом или ртом.

Как и в случае фагоцитарных иммунных клеток, полученная фагосома может быть объединена с лизосомами ( пищевыми вакуолями ), содержащими пищеварительные ферменты , с образованием фаголизосомы . Затем частицы пищи перевариваются, а высвободившиеся питательные вещества диффундируют или транспортируются в цитозоль для использования в других метаболических процессах.

Миксотрофия может включать фаготрофное и фототрофное питание.

Функции фагоцитов

Фагоциты – незаменимое звено иммунной системы. Анализируя главные характеристики разных типов фагоцитарных клеток, можно решить, что их основная задача – защищать от инфекции. Но это далеко не единственная их функция. Они «пожирают» (процесс фагоцитоза) твердые частицы, которые в человеческом организме являются патогенными, очищают кровь, поддерживают здоровье внутренних органов и выполняют еще множество полезных функций.

1. Защита от инородных тел

Чтоб понять, как фагоциты выполняют эту функцию, достаточно вспомнить, что происходит, когда в тело вонзается заноза. Если ее сразу не удалить, то место вокруг инородного тела воспаляется и нагнаивается, а через некоторое время гной вместе с занозой вырывается наружу. Гной, как мы уже знаем, это отмершие фагоциты, которые таким образом создали ограждение для грязи и инородного тела от здоровой ткани организма.

2. Защита от опухолей

В наше время ученым уже точно известно, что практически каждую минуту на разных участках человеческого тела происходят сбои, в результате которых клетки начинают неправильно делиться и перерождаются в злокачественные. Если этот процесс не остановить, образуются раковые опухоли. Но если организм здоров и иммунная система работает правильно, фагоциты немедленно отыскивают перерожденные клетки и уничтожают их, предотвращая таким образом онкологические заболевания.

3. Поддержание апоптоза

В среднем организм взрослого человека – это примерно 100 триллионов клеток. Некоторые могут жить не больше 1-2 суток, другие – и по несколько лет. Но в любом случае ежедневно 70 миллиардов клеток гибнет. Куда они деваются? Их «пожирают» макрофаги. Когда любая клетка гибнет, от нее исходят некие вещества, которые притягивают фагоцитов. Вот они и уничтожают старые клетки и тем самым освобождают место для новых. Этот процесс называется апоптозом.

4. Защита от болезней

Фагоцитарные образования способны предотвращать заболевания, не связанные с инфекцией, опухолью или другими причинами, которые могут быть интересны для фагоцитов. Взять к примеру атеросклероз. Активность макрофагов помогает замедлить процесс развития этой болезни. Когда холестерин проникает под внутреннюю выстилку сосудов, макрофаги «поедают» частицы жира и вместо него образуются так называемые пенистые клетки. Но фагоцитарные клетки не способны полностью уничтожать липиды, поэтому холестериновые бляшки продолжают образовываться на стенках сосудов, хотя в некоторых случаях и несколько медленнее.

5. Поддержание работоспособности иммунитета

Фагоцитарные клетки обладают способностью стимулировать активность друг друга, а также других агентов иммунной системы. Кроме того, фагоциты выделяют специфические вещества, которые влияют на костный мозг, а тот продуцирует еще больше клеток иммунной системы.

6. Способствуют восстановлению тканей

Фагоциты могут не только «пожирать», они также принимают участие и в формировании тканей. Так, если на любом участке тела появляется серьезное повреждение, фагоциты способствую образованию рубцовых клеток (фибробластов). В результате в месте повреждения появляется «латка» в виде рубца. Этот процесс происходит не только при внешних повреждениях кожи. Фибробласты незаменимы для рубцевания язвы органов ЖКТ и заживления миокарда в постинфарктный период.

Примеры фагоцитоза

Фагоциты встречаются по всему организму человека как белые кровь клетки в крови. Один литр крови содержит около шести миллиардов! Многие различные типы белых кровяных клеток являются фагоцитами, включая макрофаги, нейтрофилы, дендритные клетки и тучные клетки. Белые кровяные клетки известны как «профессиональные» фагоциты, потому что их роль в организме состоит в том, чтобы находить и поглощать бактерии. «Непрофессиональные» фагоциты включают другие типы клеток, такие как эпителиальные клетки, эндотелиальные клетки и фибробласты. Эти клетки иногда выполняют фагоцитоз, но это не является их основной функцией.

Как упоминалось ранее в статье, амебы выполняют фагоцитоз, чтобы потреблять частицы пищи. Амебы поглощают частицы, окружая их псевдоподами, которые представляют собой временные выступы в виде рукавов клетки, заполненные цитоплазма, Ciliates – другой тип организмов, которые используют фагоцитоз, чтобы поесть. Ciliates являются простейшими, которые находятся в воде, и они едят бактерии и водоросли, Как амебы, так и инфузории являются протистами, организмами, которые имеют эукариотические клетки, но не являются животными, растениями или грибы.

• протисты – организм с эукариотическими клетками, который не является животным, растение или грибок; они сгруппированы для удобства, но не все тесно связаны между собой.
• Эндоцитоз – Процесс, посредством которого клетки поглощают молекулы через активный транспорт в отличие от пассивного диффузия,
• пиноцитоз – Процесс, посредством которого клетка поглощает жидкие капли, содержащие мелкие частицы.
• фагоцит – Иммунная клетка, которая избавляется от инородного материала, проглатывая его через фагоцитоз.