Фагоцитоз

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.

Шаги фагоцитоза

Шаг 1:

Клетка, которая будет выполнять фагоцитоз, активируется. Это может быть фагоцит, который является клеткой в ​​иммунной системе, которая выполняет фагоцитоз, или организм такой как амеба, который ведет себя подобно фагоцитам, когда он выполняет фагоцитоз. В случае иммунных клеток активация происходит, когда клетки находятся рядом с бактериальными клетками или частями бактериальных клеток. Рецепторы на поверхности клеток связываются с этими молекулами и заставляют клетки реагировать.

Шаг 2:

В иммунной системе может возникнуть хемотаксис. Хемотаксис – это движение фагоцитов к концентрации молекул. Иммунные клетки улавливают химические сигналы и мигрируют в направлении проникновения бактерий или поврежденных клеток.

Шаг 3:

Клетка прикрепляется к частице, которую она проглотит. Приложение необходимо для приема внутрь. Некоторые бактерии могут противостоять привязанности, что затрудняет их попадание в клетку и уничтожение.

Шаг 4:

Клетка поглощает частицу, а частица заключена в везикулу (сфера клеточной мембраны с жидкостью в ней), которая называется фагосомой. Фагосома транспортирует частицу в клетку.

Шаг 5:

Лизосома сливается с фагосомой, и частица переваривается. Лизосомы – это пузырьки, которые содержат гидролитические ферменты, расщепляющие молекулы. Фагосома, слитая с лизосомой, называется фаголизосомой.

Шаг 6:

Клеточные отходы, такие как расщепленные молекулы, которые клетка не может повторно использовать, выводятся из клетки в процессе экзоцитоза. Экзоцитоз является противоположностью эндоцитоза; это когда клеточные отходы попадают в пузырьки на поверхность клеточной мембраны и высвобождаются, тем самым покидая клетку.

ФАГОЦИТОЗ

ФАГОЦИТОЗ (от греч. phagos — пожирающий и kytos — вместилище, клетка) — явление активного захватывания клетками животных организмов инородных частиц с последующим их внутриклеточным перевариванием.

Явление фагоцитоза широко распространено в природе.

Термин «Фагоцитоз» предложен русским ученым И. И. Мечниковым (в 1883 г.), наиболее разносторонне изучившим это явление.

Фагоцитоза — одно из первичных свойств животной клетки у одноклеточных животных — амеб, инфузорий, а у низших многоклеточных (губки, плоские черви) — основная форма питания.

У высших клеточных животных и человека явление фагоцитоза свойственно определенным клеткам — фагоцитам, и играет важную роль в физиологических реакциях животного организма: фагоцитоз служит целям выведения продуктов конечного обмена или очищения организма от постоянно отмирающих и самообновляющихся тканей, а у личинок насекомых, у головастиков — рассасыванию тканей при метаморфозе.

Наряду с этим фагоцитоз служит основным защитным механизмом.

При попадании в организм болезнетворных микробов фагоциты захватывают их и подвергают внутриклеточному перевариванию.

Свойством фагоцитировать (т. е. поглощать) у всех позвоночных и человека обладают определенные клетки.

Система фагоцитирующих клеток (эндотелий кровеносных сосудов и лимфатических путей, особые т. наз. ретикулярные клетки костного мозга, ткани селезенки, лимфатических узлов, определенные клетки печени и др.) в покое составляет единую т. наз. ретикуло-эндотелиальную систему, играющую важную роль в защитных и обменных процессах животного организма.

Некоторые тканевые клетки, обладающие способностью к фагоцитозу, могут переходить из неподвижного состояния в подвижное и поступать в кровоток (так называемые Блуждающие клетки, лейкоциты).

Некоторые фагоциты (так называемые микрофаги) фагоцитируют по преимуществу бактерии; другие (т. наз. макрофаги) — разнообразные частицы (обломки тканей, инородные тела и т. д.).

В процессе фагоцитоза важным фактором являются вещества нормальной сыворотки крови человека и животных, которые усиливают процесс фагоцитоза, — так называемые опсонины.

Действие опсонинов связано с их способностью оказывать влияние на поверхность бактерий, микроорганизмов и делать их более легко поглотимыми фагоцитами.

На основании явлений фагоцитоза И. И. Мечников создал теорию иммунитета (невосприимчивости).

Он установил, что при попадании болезнетворного микроба в ткань происходит массовое выхождение лейкоцитов из кровеносных сосудов и быстрое пожирание ими попавшего в ткани микроба.

Фагоцитоз — один из факторов, обеспечивающих невосприимчивость животного к болезнетворному началу.

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

викторина

1. Какова функция фагоцитоза?A. Чтобы уничтожить вторжение бактерийB. Чтобы избавиться от клеточного мусораC. Усваивать питательные веществаD. Все вышеперечисленное

Ответ на вопрос № 1

D верно. Все это функции фагоцитоза, хотя они выполняются разными клетками. Выбор A осуществляется фагоцитами в иммунной системе, B может осуществляться фагоцитами или другими клетками, такими как эндотелиальные клетки, а выбор C описывает определенных протистов.

2. Что такое эндоцитоз?A. Когда клетки поглощают частицы, поглощая ихB. Когда клетки проглатывают жидкие капли, содержащие мелкие частицыC. Когда клетки выбрасывают отходы, принося вакуоли на поверхность клеточной мембраныD. Когда клетки расщепляют частицы с помощью гидролитических ферментов

Ответ на вопрос № 2

верно. Эндоцитоз включает фагоцитоз, пиноцитоз и рецептор-опосредованный эндоцитоз, среди других процессов. Вариант B конкретно описывает только пиноцитоз, вариант C – это экзоцитоз, а вариант D – расщепление в лизосомах (что является этапом эндоцитоза).

3. Что из перечисленного НЕ проникает в клетку через фагоцитоз?A. бактерииB. кислородC. Поврежденные клетки или части клетокD. морские водоросли

Ответ на вопрос № 3

В верно

Кислород маленький молекула и он может легко диффундировать через клеточную мембрану, что важно, потому что клеткам животных необходим кислород для выживания и осуществления клеточных процессов. Более крупные молекулы или даже целые организмы, такие как бактерии и водоросли, попадают в клетку посредством фагоцитоза

Они слишком велики, чтобы просто проходить через клеточную мембрану без посторонней помощи.

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.

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.

Как «работают» фагоциты в человеческом организме

Фагоциты имеют важное защитное значение для организма. Они препятствуют размножению вирусов и токсичных веществ

Клетки-поглотители обладают характеристиками, благодаря которым могут вырабатывать биоактивные вещества, запускать реакции воспаления, стимулировать работу других иммунных агентов. 

Процесс захвата вредоносного тела предполагает перемещение фагоцита к нему, обволакивание «чужака» и его поглощение. После этого фагоцитарная клетка уничтожает патоген при помощи образовавшегося оксида азота и окислителей. Остатки расщепления выводятся из организма через лимфу.

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.

Что такое фагоцитоз?

Фагоцитоз – это процесс, при котором клетка связывается с необходимой частицей на поверхности, а затем обволакивает и погружает ее в внутрь. Процесс фагоцитоза часто происходит, когда клетка пытается уничтожить что-то, например вирус или инфицированную клетку, и часто используется клетками иммунной системы.

Фагоцитоз не произойдет, если клетка не находится в физическом контакте с частицей, которую она хочет поглотить. Рецепторы клеточной поверхности, используемые для фагоцитоза, зависят от типа клетки. Это самые распространенные из них:

• Рецепторы опсонинов: используются для связывания бактерий или других частиц, которые были покрыты иммуноглобулиновыми G (или IgG) антителами иммунной системой. Иммунная система покрывает потенциальные угрозы в антителах, чтобы другие клетки знали, что их нужно уничтожить. Также, иммунная система может использовать группу сложных белков для маркировки бактерий, называемых системой комплемента. Система комплемента – еще один способ иммунной системы уничтожать патогены и угрозы для организма.
• Рецепторы мусорщики: связываются с молекулами, которые продуцируются бактериями. Большинство бактерий и клеток производят матрицу протеинов, окружающих себя (называемую «внеклеточным матриксом»). Матрикс является идеальным способом для иммунной системы идентифицировать чужеродные виды в организме, поскольку клетки человека не продуцируют одну и ту же белковую матрицу.
• Толл-подобные рецепторы: рецепторы, названные в честь аналогичного рецептора у плодовых мух, кодируемых геном Toll, которые связываются с определенными молекулами, продуцируемыми бактериями. Толл-подобные рецепторы являются ключевой частью врожденной иммунной системы, так как будучи связанными с бактериальным возбудителем, они распознают специфические бактерии и активируют иммунный ответ. Существует множество различных типов Толл-подобных рецепторов, продуцируемых организмом, все из которых связывают разные молекулы.
• Антитела: некоторые иммунные клетки образуют антитела, связывающие с конкретными антигенами. Это процесс, сходный тому, как подобные рецепторы распознают и идентифицируют, какой тип бактерий заражает хозяина. Антигены – это молекулы, действующие как патогенная «визитная карточка», потому что они помогают иммунной системе понять с какой угрозой она имеет дело.