Фагоцитозата е един от най-основните и в същото време най-ефективните защитни механизми на човешкото тяло. Правилното функциониране на процеса на фагоцитоза е съществен компонент на правилния имунен отговор. Разберете какво точно е фагоцитозата, как действа фагоцитозата, защо е необходима фагоцитоза и какви ефекти могат да имат нарушенията на фагоцитозата?
Фагоцитозата е поглъщане на патогени, фрагменти от мъртви клетки и малки частици от специализирани клетки, наречени фагоцити. Фагоцитозата може да се сравни с „почистването“ на клетъчно ниво - позволява на клетките да се отърват от ненужните или опасни елементи.
Съдържание:
- Какво е фагоцитоза?
- Ролята на фагоцитозата в организма
- Кои клетки имат способността да фагоцитозират?
- Фагоцитоза - видове
- спонтанна фагоцитоза (т.нар. естествена)
- улеснена фагоцитоза
- Фагоцитоза - етапи
- Фагоцитоза - и какво следва?
- Начини за избягване на фагоцитоза от микроорганизми
- Нарушения на фагоцитозата
- Хронична грануломатозна болест
- Синдром на Chediak-Higashi
Какво е фагоцитоза?
Фагоцитозата е биологичен процес, при който чуждите частици се абсорбират от клетката. Явлението фагоцитоза е често срещано при много живи организми - най-примитивните (напр. Протозои) използват фагоцитозата като начин за вземане на храна от външната среда.
При хората способността за фагоцитоза се използва предимно от клетките на имунната система.
Фагоцитозата принадлежи към механизмите на вродения или неспецифичен имунитет. Следователно процесът на фагоцитоза е една от първите и основни защитни линии на нашето тяло. В допълнение към ролята си в имунната система, фагоцитозата е от голямо значение за поддържане на тъканната хомеостаза (или равновесие).
Фагоцитозата позволява отстраняване на мъртви и увредени клетки на собственото тяло на тялото, което от своя страна позволява ефективна регенерация и реконструкция на всички тъкани.
Фагоцитозата е един вид ендоцитоза, т.е.прехвърляне на молекули от външната среда във вътрешността на клетката. При фагоцитозата твърдите частици се абсорбират: фагоцитната клетка първо ги заобикаля с фрагмент от собствената си клетъчна мембрана и след това я вкарва вътре. Това създава везикул, съдържащ погълната частица, наречена фагозома.
След това съдържанието на фагозома се усвоява с различни химикали и ензими. Целият процес наподобява „изяждането“ на частицата от клетката, което се отразява и в термина фагоцитоза.
Името идва от гръцкото phagein, което означава „да ям, да поглъщам“.
Фагоцитозата се извършва в тялото ни през цялото време - милиарди фагоцити непрекъснато „изяждат“ опасни микроорганизми, фрагменти от мъртви клетки или ненужни частици. Това е често срещан процес, макар и изключително сложен.
Правилното разпознаване на целта от фагоцитната клетка и правилното взаимодействие между фагоцита и целта на „атака“ изисква непрекъснато сътрудничество на различни протеини, сигнални молекули, антитела и помощни клетки.
Ролята на фагоцитозата в организма
Не е трудно да се досетим, че основното приложение на процеса на фагоцитоза е защитата на нашето тяло срещу патогени. Проникването на инфекциозен агент в организма започва каскада от сигнали за „призоваване“ на фагоцитни клетки до мястото на инфекцията.
Започва остро възпаление, чиято роля е да неутрализира патогена. Фагоцитите текат с кръвта към лезията, представлявайки един от най-важните механизми на първичния имунен отговор. На мястото на възпалението фагоцитите „изяждат“ както патогените, така и клетките, увредени от тях.
В хода на инфекцията си имаме работа с друг много важен вид фагоцитоза. Това е така наречената ефероцитоза.
Процесът на ефероцитоза включва поглъщане на клетки, които умират, когато възпалението отшуми. След като фагоцитите изпълнят своята функция и елиминират патогените, те стават ненужни.
Тогава те умират естествено, последвано от ефероцитоза или „почистване на бойното поле“. Този тип фагоцитоза намалява възпалението и позволява на тялото да се върне в предиинфекционното си състояние.
На този етап си струва да се подчертае, че умирането на клетките в нашето тяло е непрекъснат процес, не само в резултат на инфекция. Всяка клетка има специфична продължителност на живота, след което тя умира и се заменя с нова. Процесът на програмирана клетъчна смърт се нарича апоптоза.
Апоптозата е естествен феномен, който позволява на нашите тъкани да се обновяват постоянно. За да могат умиращите клетки да бъдат заменени с новите си колеги, първо трябва да бъдат почистени. Както лесно можете да се досетите, това е и задачата на фагоцитите.
Апоптотичните (умиращи) клетки излъчват специални сигнали на повърхността на клетъчните си мембрани, които позволяват тяхното разпознаване и неутрализиране от фагоцитите.
В този случай фагоцитозата протича без възпаление. Така виждаме, че фагоцитозата е не само метод за защита срещу чужди микроорганизми, но и процес, който позволява развитието, ремоделирането и обновяването на всички тъкани.
Кои клетки имат способността да фагоцитозират?
Клетките, способни да извършват фагоцитоза, се наричат фагоцити. В зависимост от ефективността и ефективността на фагоцитозата различаваме т.нар професионални и непрофесионални фагоцити.
Непрофесионалните фагоцити се справят с фагоцитозата „случайно“ - този процес не е основната им задача. Понякога обаче в близост до тези клетки има частици / фрагменти от мъртви клетки, които се нуждаят от почистване.
Тогава те показват определена фагоцитна активност, въпреки че в сравнение с професионалните фагоцити тя е значително ограничена и по-малко ефективна. Много видове клетки се класифицират като непрофесионални фагоцити, вкл. епителни клетки, някои клетки на съединителната тъкан, както и съдов ендотел.
Професионалните фагоцити са основните клетки, отговорни за фагоцитозата в нашето тяло. Сред тях различаваме главно неутрофили, моноцити и макрофаги. Тези клетки принадлежат към семейството на левкоцитите, или белите кръвни клетки, които основно изпълняват имунни функции. И трите вида професионални фагоцити са специализирани във фагоцитозата, въпреки че всеки от тях я извършва малко по различен начин.
Неутрофилите са основните клетки, отговорни за развитието на остро възпаление. При нормални обстоятелства неутрофилите циркулират с кръвта в цялото тяло. Когато инфекцията започне, тези клетки веднага се групират във фокуса на болестта. Неутрофилно-медиираната фагоцитоза е бърза и интензивна: тези клетки имат широк спектър от начини за инактивиране на абсорбираните патогени.
Моноцитите, подобно на неутрофилите, циркулират в кръвта, но могат да напуснат кръвта и да колонизират различни тъкани. След това зрелите моноцити се трансформират в тъканни макрофаги. Макрофагираната фагоцитоза е по-малко бърза и много по-бавна. Макрофагите са основният набор от клетки, открити в местата на хронично възпаление.
Фагоцитоза - видове
Фагоцитозата е сложен процес, който зависи от вида на фагоцитната клетка, обекта, претърпял фагоцитоза, и много посреднически молекули. Има два основни пътя на фагоцитоза:
- спонтанна фагоцитоза (т.нар. естествена)
Това е относително бавна фагоцитоза, която рядко участва в антимикробния отговор. Ролята на спонтанната фагоцитоза е да премахне мъртвите клетки и да "изчисти" ненужните елементи в тъканите. За да се инициира спонтанна фагоцитоза, е необходимо да се стимулира т.нар "рецептори за почистване", присъстващи предимно върху макрофагите. Този вид фагоцитоза има противовъзпалителен характер.
- улеснена фагоцитоза
Улеснената фагоцитоза е много по-бърза и по-ефективна от спонтанната фагоцитоза. Благодарение на това той е много ефективен при унищожаването на патогени. За да може процесът на фагоцитоза да протича толкова интензивно, са необходими - както подсказва името - някои съоръжения.
Как фагоцитите могат да улеснят своята дейност? Един от най-често срещаните методи е специално "маркиране" на обекти, които трябва да се изхвърлят. Този процес се нарича опсонизация.
Същността на опсонизацията е прикрепването на определени молекули към повърхността на микроорганизма. Този "маркиран" патоген бързо се насочва и унищожава от хранителните клетки. Молекулите, които позволяват опсонизацията, се наричат опсонини. Това са предимно антитела и компоненти на т.нар системата на комплемента.
Опсонините ефективно разпознават патогените, маркират ги и по този начин значително улесняват хода на процеса на фагоцитоза.
Фагоцитоза - етапи
Вече знаем кои клетки, кога и защо се справят с фагоцитозата. Така че нека се опитаме да следим отблизо този процес:
1. Активиране и приток на фагоцити към мястото на инфекцията
Проникването на микроорганизма в организма води до незабавно стимулиране на имунната система. Клетките в портата на инфекцията започват да изпращат сигнал за съществуваща заплаха.
Молекулите на пратеника (главно така наречените провъзпалителни цитокини) се разпространяват в кръвта. По този начин фагоцитите „научават“, че са се заразили и са се активирали.
Активираните фагоцити достигат до мястото на заразяване с кръвта. Ефективният приток на фагоцити към правилното местоположение е възможен благодарение на т.нар хемотаксис. Това е процес на насочено движение на клетките под въздействието на химични сигнали.
Активните фагоцити също имат способността да преминават през стените на кръвоносните съдове, създавайки възпалителен инфилтрат на мястото на инфекцията.
2. Разпознаване на патогена
Когато фагоцитите достигнат мястото на инфекцията, те започват да разпознават патогените. Този процес често се улеснява от други молекули (вж. Раздел 4 за улеснена фагоцитоза). Всеки фагоцит има на повърхността на клетъчната си мембрана т.нар рецептори, т.е. протеини, които позволяват разпознаването на различни молекули.
Когато се стимулират рецепторите, отговорни за разпознаването на микроорганизмите, фагоцитът се свързва тясно с целта на атаката си.
3. Абсорбция на патогена
Фагоцитът, „залепен” за патогена, стартира процеса на неговото усвояване. Клетъчната мембрана на фагоцитите започва да обгражда патогена, "изкачвайки" краищата му. Това създава везикул, съдържащ микроорганизма. Тази везикула, наречена фагозома, вече е във фагоцитната клетка. За да се направи микроорганизмът напълно безвреден, е необходимо да се унищожи съдържанието на фагозомата.
Разграждане на фагозомното съдържание
За да се усвои съдържанието на фагозомата, е необходимо да се доставят храносмилателни ензими вътре в нея. Такива ензими се съхраняват в специални везикули, наречени лизозоми.
Следователно последният етап на фагоцитозата изисква комбиниране на съдържанието на лизозоми със съдържанието на фагозомата - така се получава т.нар. фаголизозома.
Ензимите в лизозомите могат да разграждат повечето сложни химикали, унищожавайки микроорганизма. Елиминирането на патоген с участието на храносмилателни ензими се нарича независимо от кислорода.
Както лесно можете да се досетите, има и кислородно зависимо елиминиране. Той е много по-бърз и ефективен, но само някои фагоцити могат да го направят. Кислородно зависимото елиминиране се случва само в клетки, способни да генерират т.нар "експлозия на кислород".
Кислородната експлозия е внезапно отделяне на силно реактивни видове кислород (напр. Водороден прекис), което има силен антимикробен ефект. Експлозията с кислород започва поредица от химични реакции, водещи до бързо елиминиране на патогени. Кислородно зависимото унищожаване на микробите е характерно предимно за неутрофилите.
Фагоцитоза - и какво следва?
Процесът на фагоцитоза завършва с усвояването на съдържанието на фагозомата вътре в клетката. Какво се случва до отломките от унищожените частици? Фагоцитната клетка се отървава от повечето ненужни продукти, като просто ги „изхвърля“ навън. Въпреки това, част от материала, останал след храносмилането, може да бъде много полезен.
Някои фагоцити играят и други роли в имунната система. Добър пример са макрофагите, които освен с фагоцитоза, се справят и с т.нар представяне на антигени. Представянето на антигена се основава на показване на други имунни клетки фрагменти от унищожени микроорганизми.
След края на фагоцитозата на патогена макрофагът излага част от фагоцитния материал на повърхността си и след това „пътува“ с него из цялото тяло.
Всяка една клетка от имунната система, която среща, „се научава“ как да разпознава конкретен патоген. Това явление е изключително важно за изграждането на ефективни механизми за антимикробна защита.
Също така си струва да се знае, че процесът на фагоцитоза не винаги завършва с окончателното унищожаване на микроорганизма. Има патогени, които могат да оцелеят във фагозомите благодарение на специално разработени защитни механизми. Добър пример са туберкулозните бацили, които могат да оцелеят в макрофагите в продължение на много години.
Начини за избягване на фагоцитоза от микроорганизми
Фагоцитозата като средство за премахване на „биологичните противници“ е много стар механизъм. Поради тази причина някои микроорганизми са успели да развият начини за избягване или оцеляване на фагоцитозата. Ето техните примери:
- убиване на фагоцити
Най-лесният начин да се избегне фагоцитозата изглежда да се неутрализира клетката, която я причинява. Някои микроорганизми имат способността да произвеждат вещества, които необратимо увреждат фагоцитите. Пример за такъв патоген е стафилококус ауреус (лат. Стафилококус ауреус), произвеждайки токсини, които, разрушавайки клетъчните мембрани на фагоцитите, причиняват тяхната смърт.
- изчезване на възпалителния отговор
Възпалението в портата на инфекцията улеснява предаването на сигнал за инфекция. Благодарение на него е възможно активиране и пристигане на фагоцитите на правилното място. Има патогени, които могат да се маскират по такъв начин, че да не бъдат разпознати от имунната система на гостоприемника и да не причиняват възпаление.
- избягване на опсонизацията
Опсонизацията или специалното „маркиране“ на патогени е един от най-ефективните начини за улесняване на фагоцитозата. Нищо чудно, че микробите се опитват да го избегнат. Някои щамове стафилококи могат да унищожат опсонините или да ги скрият на повърхността си.
- избягване на разпознаване на фагоцити
За да започне фагоцитозата, е необходимо да се признае вредността на даден микроорганизъм от фагоцита. Определени патогени, като спирохети Treponema pallidum причиняващ сифилис може да прикрепи към повърхността си антигени, подобни на клетките гостоприемници. След това имунната система ги разпознава като свои, което позволява на патогените да избегнат фагоцитозата.
- блокиране на производството на фагозоми
Един от ключовите етапи на фагоцитозата е заобикалянето на атакувания микроорганизъм с мехурче, което след това се абсорбира в клетката. В природата обаче има много начини да го избегнете. Някои микроби произвеждат вещества, които разрушават фагозомната стена. Различен механизъм се използва от пръчката синьо масло (Pseudomonas aeruginosa). Тази бактерия произвежда хлъзгаво покритие (биофилм) около себе си, което предотвратява образуването на балон.
- оцеляване във фагоцита
Фаголизозомата се превръща в последното местообитание на патогени по време на фагоцитоза. Нейната среда е изключително враждебна; пълен е с ензими и летални вещества. Микроорганизмите обаче могат да развият механизми, които им дават възможност да оцелеят дори при толкова трудни условия. Един пример е туберкулозата (Mycobacterium tuberculosis). Тази бактерия е разработила специална клетъчна мембрана с много високо съдържание на липиди, която не се влияе от стандартните храносмилателни ензими.
- бягство от фагозомата
Колкото и невероятно да звучи, за да избягаме от фагозомата, наистина има микроби, които са разработили такъв умен защитен механизъм. Listeria monocytogenes произвежда вещества, които могат да разрушат фагозомната стена. Нещо повече, този патоген, след като избяга от фагозомата, може да се размножава вътре във фагоцита и също така да излезе извън неговите граници.
Нарушения на фагоцитозата
Правилно протичащият процес на фагоцитоза е от основно значение за ефективното функциониране на имунната система. Нарушенията в някои фази на фагоцитоза са в основата на имунодефицитните заболявания. Примери за такива условия са:
- Хронична грануломатозна болест
Причината за хроничната грануломатозна болест е нарушение на фагоцитозата на етапа на генериране на кислороден взрив. Липсата на подходящ ензим (т.нар. NADPH оксидаза) предотвратява образуването на реактивни кислородни форми, което от своя страна не позволява бързо и ефективно елиминиране на микроорганизмите.
Увреждането на ензимите е генетично, така че все още няма причинно-следствено лечение на заболяването. Хроничната грануломатозна болест причинява чести инфекции и образуването на абсцеси и грануломи поради неефективната система за елиминиране на вътреклетъчния патоген.
Прочетете също: Грануломатозата на Вегенер: причини, симптоми и лечение
- Синдром на Chediak-Higashi
При синдрома на Chediak-Higashi има дефект във фагоцитозата на етапа на фагозомно-лизозомна връзка. Генетичната мутация на един от протеините предотвратява прехвърлянето на храносмилателни ензими към везикула, съдържащ патогена, като по този начин предотвратява елиминирането му.
В допълнение към значително увреждане на имунитета, албинизмът и нарушенията на нервната система също са характерни за синдрома на Chediak-Higashi.
Библиография:
- „Фагоцитоза: основен процес при имунитет“ C. Rosales, E. Uribe-Querol, Biomed Res Int. 2017
- "Контрол на фагоцитозата чрез микробни патогени" от C. Rosales, E. Uribe-Querol Front Immunol. 2017 г.
- "Имунология" К.Бринярски, Едра Урбан и партньор Вроцлав 2017, 1-во издание
- „Фагоцитоза: имунобиологичен процес“ С. Гордън, Имунитет, Преглед, том 44, брой 3, P463-475, 15 март 2016 г.
Прочетете още статии от този автор
