1.2.2.3. Лейкоциты
Лейкоциты (от греч. leukos – белый, cytos, или kytos, – клетка), или белые кровяные клетки, – группа морфологически и функционально разнообразных подвижных форменных элементов, циркулирующих в крови и участвующих в различных защитных реакциях после миграции в соединительную ткань (частично также в эпителии). В соединительной ткани они столь многочисленны, что рассматриваются как ее нормальные клеточные элементы. Некоторые лейкоциты способны повторно возвращаться из тканей в кровь (рециркулировать).
Концентрация лейкоцитов в крови служит важным диагностическим показателем, часто определяемым в клинической практике.
Концентрация лейкоцитов у взрослого в норме составляет 4000–8000 клеток/мкл (по некоторым данным, верхняя граница нормы достигает 10 000). Величина этого показателя существенно варьирует в физиологических условиях, изменяясь у одного и того же человека в связи со временем суток, характером и тяжестью выполняемой работы, приемом пищи и другими факторами.
Концентрация лейкоцитов у детей в норме меняется в зависимости от возраста: у новорожденного она равняется 10 000–30 000 клеток/мкл (в среднем, 20 000 клеток/мкл), на 4-й день снижается до 12 000, к 4-м годам составляет 8000 клеток/мкл. Уровня, характерного для взрослого, этот показатель достигает примерно к 12–14 годам. С возрастом происходят изменения не только количественного, но и качественного состава лейкоцитов.
Лейкоцитоз – увеличение концентрации лейкоцитов в крови. Обычно является следствием их усиленного выброса из костного мозга в связи с возросшей потребностью, определяющейся повышенной гибелью (чаще всего при инфекционных и воспалительных заболеваниях).
Лейкопения – снижение концентрации лейкоцитов в крови. Результат подавления их образования в костном мозге (как следствие тяжелых инфекционных процессов, токсических состояний, облучения).
Движения лейкоцитов можно разделить на пассивные и активные. Пассивное движение обусловлено переносом лейкоцитов с током крови. Активные движения совершаются благодаря наличию в цитоплазме лейкоцитов многочисленных актиновых микрофиламентов и связанных с ними белков; они осуществляются с затратами энергии.
Миграция лейкоцитов из сосудистого русла в периферические ткани служит важнейшим этапом и условием осуществления функций различными видами этих клеток. Этот процесс происходит в микроциркуляторном русле и наиболее активно протекает на уровне посткапиллярных венул. Он включает закономерную серию (каскад) адгезивных взаимодействий между лейкоцитами и клетками эндотелиальной выстилки сосудов. Эти взаимодействия опосредуются последовательной экспрессией на поверхности лейкоцитов и эндотелия характерных комбинаций адгезивных молекул и включают несколько стадий:
– случайные контактные взаимодействия между лейкоцитами и эндотелиальными клетками осуществляются постоянно в физиологических условиях с дальнейшим возвращением лейкоцитов в кровоток или переходом к последующим стадиям взаимодействия. Могут усиливаться при изменении условий кровотока, например, при его замедлении;
– качение (англ. rolling) лейкоцитов по поверхности эндотелия обусловлено их транзиторной адгезией к выстилке сосуда (посредством адгезивных белков селектинов, экспрессируемых на лейкоцитах и эндотелии). Оно отражает неустойчивое равновесие локальных сил прикрепления (адгезии) лейкоцита к эндотелию и гемодинамических сил, отрывающих его от стенки сосуда. При качении скорость перемещения лейкоцита уменьшается примерно в 100 раз по сравнению с таковой в кровотоке. Начальная активация эндотелия сосуда (расположенного вблизи очага повреждения) цитокинами и медиаторами воспалительных реакций вызывает повышение экспрессии на его поверхности адгезивных молекул и вовлечение в процесс качения все большего числа лейкоцитов. Этот этап является обратимым (быстро блокируется при инактивации селектинов);
– остановка качения лейкоцитов, их активация и прочное прикрепление к эндотелию обусловлены продолжающейся стимуляцией эндотелия и лейкоцитов цитокинами (в том числе недавно открытым классом хемотаксических цитокинов – хемокинов), продуктами повреждения тканей и хемоаттрактантами. Лейкоциты распластываются на поверхности эндотелия и по мере усиления адгезивных взаимодействий прочно прикрепляются к выстилке сосуда. Этот этап, как и последующие, является необратимым и опосредуется адгезивными белками интегринами, селектинами и представителями иммуноглобулиноподобных адгезивных белков;
– миграция адгезированных лейкоцитов через эндотелий осуществляется путем размыкания ими соединений между эндотелиоцитами и проникновения в межклеточные промежутки. При этом лейкоциты плотно прилегают к поверхности клеток эндотелия, последовательно осуществляют с ними ряд адгезивных взаимодействий и всегда целиком заполняют межклеточное пространство, не увеличивая общей проницаемости сосуда. Перемещаясь, лейкоциты сначала образуют псевдоподию, а в дальнейшем их цитоплазма постепенно «перетекает» в сторону сформированного выпячивания. Базальная мембрана не служит препятствием на пути миграции лейкоцитов;
– миграция лейкоцитов за пределами сосуда происходит благодаря сократительной активности элементов их цитоскелета и их многочисленным обратимым адгезивным взаимодействиям с клетками различных тканей (в первую очередь, соединительной) и компонентами межклеточного вещества (базальными мембранами, волокнами, гликопротеинами, протеогликанами и др.). Направленность движений лейкоцитов обусловлена их хемотаксисом (перемещением по градиенту привлекающего химического вещества – хемоаттрактанта) и характером адгезивных взаимодействий. Способность к целенаправленным движениям обеспечивает перемещение лейкоцитов в окружающую сосуды соединительную ткань, миграцию в органы иммунной системы, проникновение в эпителиальные выстилки и накопление в очагах повреждения тканей и инвазии микробов.
Избирательность миграции лейкоцитов в ткани. В физиологических условиях при отсутствии стимуляции активность миграции лейкоцитов различных видов за пределы сосудистого русла существенно различается. Она сравнительно невелика у нейтрофильных, эозинофильных и базофильных гранулоцитов, резко возрастает при воспалении. В то же время нестимулированная миграция моноцитов и лимфоцитов происходит очень активно. Регуляция потока лейкоцитов, мигрирующих за пределы сосудистого русла, имеет некоторые отличия в органах иммунной системы и других тканях и органах, что в значительной мере обусловлено особенностями их сосудов, в частности, посткапиллярных венул.
Посткапиллярные венулы в органах иммунной системы выстланы особым высоким (кубическим) эндотелием, который контролирует перемещение лимфоцитов из кровотока в эти органы. Этот эффект достигается путем экспрессии на поверхности клеток эндотелия специальных адгезивных молекул – адрессинов (различных в отдельных иммунных органах), которые, благодаря специфическому взаимодействию с хоминг-рецепторами на лимфоцитах (от англ. homing – возвращение домой), указывают последним направление миграции.
Посткапиллярные венулы в органах, не относящихся к иммунной системе, выстланы обычным (плоским) эндотелием, который обладает способностью избирательно контролировать активность миграции лейкоцитов. Это осуществляется путем экспрессии на его поверхности специфических комбинаций адгезивных молекул (эндотелиального «почтового индекса»), предпочтительно связывающихся с поверхностью лейкоцитов того или иного вида. Указанный процесс зависит от характера стимуляции эндотелия и лейкоцитов цитокинами, хемоаттрактантами и другими веществами, выделяющимися из очага воспаления. Более того, экспрессия адгезивных молекул на эндотелии количественно и качественно меняется во времени, что обусловливает смену потоков лейкоцитов отдельных видов, которые устремляются в участок повреждения тканей на разных сроках после его возникновения.
Нарушения подвижности лейкоцитов (вследствие дефектов цитоскелета), их способности к адгезивным взаимодействиям или целенаправленному движению (обычно в результате наследственной патологии) обусловливают ряд клинических синдромов, связанных с тяжелыми инфекционными поражениями организма.
Классификация лейкоцитов. Классификация лейкоцитов основана на ряде признаков, из которых ведущим является присутствие в их цитоплазме специфических гранул. На основании этого признака все лейкоциты разделяют на гранулоциты и агранулоциты.
Гранулоциты (зернистые лейкоциты) характеризуются наличием в их цитоплазме специфических гранул, обладающих различной окраской (базофильной, оксифильной или нейтрофильной). Это позволяет подразделять гранулоциты на базофильные, оксифильные (эозинофильные) и нейтрофильные. В гранулоцитах присутствует и второй тип гранул – неспецифические, или азурофильные (окрашиваются азуром и являются лизосомами). Ядро гранулоцитов обычно дольчатое (сегментированное), однако сравнительно немногочисленные менее зрелые их формы, циркулирующие в крови, имеют палочковидное ядро.
Агранулоциты (незернистые лейкоциты) содержат в цитоплазме лишь неспецифические (азурофильные) гранулы; специфические гранулы отсутствуют. Их ядро обычно имеет округлую или бобовидную форму. К агранулоцитам относятся моноциты и лимфоциты.
Лейкоцитарная формула. При проведении клинического анализа крови на ее мазках осуществляется дифференциальный подсчет относительного содержания лейкоцитов отдельных видов. Результаты такого подсчета регистрируются в табличной форме в виде так называемой лейкоцитарной формулы, в которой содержание клеток каждого вида представлено в процентах по отношению к общему количеству лейкоцитов, принятому за 100 %.
Нейтрофильные гранулоциты. Нейтрофильные гранулоциты (нейтрофилы) – наиболее распространенный вид лейкоцитов и гранулоцитов. Они попадают в кровь из красного костного мозга, циркулируют в ней около 6–10 ч, частично располагаясь в пристеночном (близком к эндотелию), или маргинальном, пуле, содержащем до 50 % всех нейтрофилов крови. После циркуляции они мигрируют из крови в ткани, где функционируют от нескольких часов до 1–2 сут (по некоторым данным, до 5–8 сут). Они могут разрушаться значительно быстрее в очаге воспаления или в результате выхода на поверхность слизистых оболочек. За сутки костный мозг взрослого человека выделяет в кровоток около 1011 нейтрофилов, столько же гибнет в тканях (преимущественно в слизистых оболочках и коже). Полагают, что существенная часть этих клеток (как и других гранулоцитов) в физиологических условиях погибает механизмом апоптоза без выделения цитотоксических продуктов их распада в окружающие ткани.
Функции нейтрофильных гранулоцитов:
– уничтожение микроорганизмов – возбудителей инфекций – основная функция нейтрофилов, отчего они считаются главными клеточными элементами неспецифической защиты организма. В связи со способностью к захвату (фагоцитозу) и уничтожению микробов И. И. Мечников назвал нейтрофилы микрофагами (в отличие от другой разновидности фагоцитов – макрофагов, поглощающих более крупные частицы). Нейтрофилы могут обеспечивать уничтожение микроорганизмов и без их поглощения – внеклеточными нефагоцитарными механизмами;
– разрушение и переваривание поврежденных клеток и тканей, которое наиболее активно происходит на ранних сроках, так как нейтрофилы первыми прибывают в очаг повреждения. Позднее эту функцию берут на себя макрофаги;
– участие в регуляции деятельности других клеток, осуществляемой благодаря недавно установленной способности нейтрофилов к выработке ряда цитокинов, которая может резко усиливаться при стимуляции. Данная функция указывает на участие этих клеток не только в неспецифических, но и в специфических (иммунных) защитных реакциях.
Содержание нейтрофилов в крови взрослого в норме составляет: относительное – 65–75 % (от общего числа лейкоцитов), абсолютное – 3000–7000 клеток/мкл. Вследствие расположения около половины нейтрофилов в маргинальном (краевом) пуле их реальная абсолютная концентрация, как предполагают, примерно в два раза выше, чем определяемая при анализе крови.
Содержание нейтрофилов в крови ребенка меняется в зависимости от его возраста. Непосредственно после рождения оно такое же, как у взрослого, затем оно падает, в период с 3–6 дней до 4–5 лет остается сниженным (до минимальных величин порядка 25 %, типичных для первых двух лет жизни). После указанного периода оно возрастает, достигая уровня, характерного для взрослого, ко времени полового созревания.
Нейтропения – снижение содержания нейтрофилов в крови. Обычно является следствием угнетения костного мозга в результате его аутоиммунного, токсического, лучевого или инфекционного поражения. При снижении концентрации нейтрофилов до 1000 клеток/мкл крови существенной опасности для здоровья обычно не возникает, однако при падении этого показателя до 500 клеток/мкл и ниже неизбежно развиваются тяжелые рецидивирующие инфекционные поражения.
Нейтрофилия – повышение содержания нейтрофилов в крови. Возникает в результате усиленного выброса этих клеток из костного мозга при их значительном разрушении в ходе острого воспалительного (обычно инфекционного) процесса. Нейтрофилия при этом обычно сочетается с лейкоцитозом, а ее выраженность пропорциональна активности воспалительного процесса. Умеренная нейтрофилия наблюдается также при физической нагрузке или эмоциональном стрессе, однако при этом она связана не с увеличением числа клеток в крови, а с их перераспределением – переходом части нейтрофилов из маргинального пула в общий (центральный) кровоток.
Размеры нейтрофильных гранулоцитов на мазках варьируют в пределах 10–15 мкм и примерно в 1,5 раза превышают размеры эритроцитов.
Плазмолемма нейтрофильных гранулоцитов обеспечивает разнообразные процессы, связанные с поддержанием жизнедеятельности и функциональной активности этих клеток. Она воспринимает различные сигналы, участвует в распознавании других клеток и компонентов межклеточного вещества (рецепторная функция), формировании многочисленных выпячиваний различной формы (связанных с движением клетки и фагоцитозом), транспорте веществ, процессах эндо- и экзоцитоза (дегрануляции). На плазмолемме находятся рецепторы адгезивных веществ, цитокинов, колониестимулирующих факторов (КСФ), медиаторов воспаления, иммуноглобулинов класса G, (IgG), С3b-компонента комплемента, некоторых микробных продуктов.
Ядро нейтрофильных гранулоцитов имеет неодинаковое строение в клетках разной степени зрелости. По типу строения ядра различают сегментоядерные, палочкоядерные и юные нейтрофильные гранулоциты.
Сегментоядерные нейтрофильные гранулоциты – наиболее зрелые, составляют основную часть нейтрофилов (60–65 % общего числа лейкоцитов). Для них характерно дольчатое ядро, которое представлено 2–5 (наиболее часто – 3–4 сегментами), соединенными узкими нитевидными перетяжками (истончаются при созревании клетки). Оно интенсивно окрашено (преобладает гетерохроматин), что указывает на сравнительно низкую активность синтетических процессов в клетке. У женщин не менее 3 % этих клеток содержат хорошо выявляемый дополнительный мелкий придаток ядра в виде барабанной палочки, который представляет собой неактивную X-хромосому (половой хроматин, тельце Барра).
Палочкоядерные нейтрофильные гранулоциты – более молодые клетки, сравнительно немногочисленны (составляют 3–5 % общего числа лейкоцитов). Их ядро (в форме палочки, подковы или изогнутой колбаски) не сегментировано или содержит лишь намечающиеся перетяжки, которые углубляются по мере созревания клеток. В части палочкоядерных нейтрофилов ядро содержит меньше гетерохроматина, чем в сегментоядерных. Относительное содержание палочкоядерных форм является показателем скорости поступления нейтрофилов в кровоток. Оно обычно повышается при нейтрофилии, сочетаясь в выраженных случаях с нарастанием числа юных нейтрофилов (метамиелоцитов), что оценивается как «сдвиг влево» на гемограмме (юные ? палочкоядерные ? сегментоядерные), в которой молодые формы клеток записываются левее более зрелых. Выраженный сдвиг влево отмечается у новорожденных в течение 1-й недели жизни.
Юные нейтрофильные гранулоциты (метамиелоциты) – наиболее молодые клетки нейтрофильного ряда среди тех, что в норме встречаются в крови. Они обнаруживаются в чрезвычайно малом количестве (до 0,5 % общего числа лейкоцитов). Их ядро имеет бобовидную форму и светлее, чем у палочкои сегментоядерных клеток.
Цитоплазма нейтрофильных гранулоцитов на светооптическом уровне слабооксифильна. При электронно-микроскопическом исследовании в ней выявляются немногочисленные органеллы: отдельные элементы грЭПС, митохондрии, свободные рибосомы, мелкий комплекс Гольджи, центриоли. Из включений преобладают гранулы гликогена.
Цитоскелет нейтрофильных гранулоцитов представлен небольшим числом (12–20 штук на клетку) микротрубочек, умеренно развитыми виментиновыми промежуточными филаментами и многочисленными актиновыми микрофиламентами, расположенными преимущественно в периферической части цитоплазмы, образующей псевдоподии и свободной от других органелл и включений. В покоящихся нейтрофилах менее половины актина находится в виде полимера (F-актина), основная же его часть представлена неполимеризованным глобулярным G-актином. При стимуляции клетки уже в течение нескольких секунд до 90 % имеющегося актина полимеризуется с образованием филаментов в подмембранной зоне, в особенности на участке фагоцитоза.
Цитоплазматические гранулы нейтрофилов сравнительно многочисленны (по 50–200 в каждой клетке) и разделяются на три типа: первичные, вторичные и третичные. Помимо гранул выявлены также мембранные секреторные пузырьки. Согласно современным представлениям, гранулы нейтрофилов не являются сугубо изолированными образованиями, а образуют единую функциональную систему с самостоятельными, но частично перекрывающимися функциями и составом компонентов (в частности, во всех видах гранул содержится лизоцим).
Первичные (азурофильные, или неспецифические) гранулы названы так потому, что появляются первыми в ходе развития (на стадии промиелоцита). В зрелых клетках они составляют лишь 10–30 % общего числа гранул, окрашиваются азуром в розово-фиолетовый цвет и не являются специфическими для нейтрофилов, поскольку встречаются и в лейкоцитах других типов. Эти гранулы имеют самые крупные размеры (диаметр 400–800 нм, в среднем около 500 нм) и соответствуют зернистости, выявляемой на светооптическом уровне. Они имеют вид округлых или овальных мембранных пузырьков с электронноплотным содержимым и часто рассматриваются как лизосомы. В них, однако, имеется большой набор антимикробных веществ, что не характерно для обычных лизосом.
В первичных гранулах содержатся вещества: лизоцим, миелопероксидаза, нейтральные протеиназы, кислые гидролазы, дефензины (на которые приходится 30–50 % белка гранул), катионные антимикробные белки, бактерицидный белок, увеличивающий проницаемость (BPI-белок – от англ. Bactericidal Permeability Increasing), которые обладают высокой микробицидной активностью. Ферменты этих гранул активны преимущественно в кислой среде и обеспечивают внутриклеточное уничтожение микробов.
Вторичные (специфические) гранулы появляются позднее первичных в процессе развития (в конце стадии промиелоцита и особенно активно на стадии миелоцита) и становятся все более многочисленными при созревании нейтрофилов; в зрелых клетках они составляют 80–90 % общего числа гранул. Они плохо выявляются под световым микроскопом, так как имеют мелкие размеры (диаметр – 100–300 нм; в среднем – 200 нм на границе разрешения светового микроскопа). При электронной микроскопии они имеют вид мембранных пузырьков округлой, овальной или гантелевидной формы с зернистым содержимым сравнительно низкой плотности.
Вещества, содержащиеся во вторичных гранулах (лизоцим, лактоферрин, щелочная фосфатаза, коллагеназа, активатор плазминогена, частично – катионные белки), участвуют во внутриклеточном разрушении микробов, а также секре тируются в межклеточное вещество, где они играют роль в мобилизации медиаторов воспалительной реакции и активации системы комплемента. В этих гранулах содержатся также адгезивные белки.
Третичные (желатиназные) гранулы нейтрофильных гранулоцитов описаны недавно и изучены не полностью. По размерам и морфологическим характеристикам они сходны со специфическими гранулами, но отличаются от них по химическому составу. Главными компонентами содержимого этих гранул являются желатиназа (обнаружена в небольшом количестве также в специфических гранулах), небольшое число других ферментов, лизоцим и адгезивные белки. Предполагают, что они участвуют в переваривании субстратов в межклеточном пространстве, в процессах адгезии и, возможно, фагоцитоза. В частности, высказывается мнение, что эти гранулы играют важную роль в процессе миграции нейтрофила через стенку сосуда в ткани: их адгезивные молекулы участвуют в прикреплении нейтрофила к эндотелию, а желатиназа способствует прохождению базальной мембраны, вызывая переваривание содержащегося в ней коллагена IV типа.
Секреторные пузырьки – недавно описанные мембранные структуры, которые образуются в нейтрофилах в процессе их развития по завершении формирования гранул. В них не выявлено специфического содержимого, однако установлено, что их мембрана несет большое количество адгезивных белков и рецепторов хемотаксических факторов, которые они транспортируют к плазмолемме. Доказано, что начальные этапы качения нейтрофила по активированному эндотелию приводят к возникновению сигнала, мобилизующего секреторные пузырьки. Они перемещаются к плазмолемме и сливаются с ней, обеспечивая приток адгезивных молекул, необходимых для формирования прочной связи нейтрофила с эндотелием.
Цитофизиология нейтрофильных гранулоцитов. Нейтрофильные гранулоциты после выхода из сосудистого русла активно перемещаются и первыми появляются в участках повреждения тканей, где они накапливаются в значительных количествах (до 108/мл), быстро поглощают и уничтожают большую часть микроорганизмов. После выполнения своей функции они погибают и фагоцитируются макрофагами. Усиленному притоку нейтрофилов в очаги воспаления и ишемии (ограниченного участка тела со сниженным притоком крови) способствует усиление экспрессии адгезивных молекул на плазмолемме как самих лейкоцитов, так и взаимодействующих с ними клеток эндотелия при стимуляции цитокинами.
Перемещение нейтрофильных гранулоцитов после их выхода из сосудов осуществляется в основном веществе соединительной ткани. Оно происходит благодаря деятельности актиновых микрофиламентов, обеспечивающих быстрые (со скоростью 10–30 мкм/мин) амебоидные движения нейтрофилов в направлении очага поражения. Хемотаксические факторы не ускоряют это движение, но упорядочивают его. Они воздействуют на специфические рецепторы на плазмолемме нейтрофила, связанные с G-белком, стимуляция которых передается на элементы его цитоскелета и изменяет экспрессию поверхностных адгезивных молекул. Вследствие этого формируются и исчезают псевдоподии, которые обратимо прикрепляются к элементам соединительной ткани, что обеспечивает направленную миграцию клеток. После перемещения в очаг воспаления нейтрофилы активно фагоцитируют микроорганизмы.
Фагоцитоз микроорганизма нейтрофилом включает: прикрепление (адгезию) нейтрофила к микробной клетке, ее захват с формированием фагосомы, слияние гранул нейтрофила с фагосомой с образованием фаголизосомы, повреждение и переваривание микроорганизма.
Прикрепление (адгезия) нейтрофила к объекту фагоцитоза (например, бактерии) происходит при взаимодействии его рецепторного аппарата, расположенного на плазмолемме и в гликокаликсе, с молекулами на поверхности микробной клетки. Для многих случаев установлен специфический характер взаимодействия молекул микроба и рецепторов нейтрофила. Адгезия, как правило, протекает в две стадии: в начальной она непрочна и обратима, в поздней характеризуется прочным прикреплением, которое обычно необратимо.
Захват микроорганизма нейтрофилом с формированием фагосомы осуществляется после его прочного прикрепления к объекту фагоцитоза путем формирования псевдоподий, в которых концентрируются актиновые микрофиламенты. Псевдоподии охватывают бактерию и сливаются друг с другом, заключая ее в мембранный пузырек (фагосому). Активность поглощения резко возрастает, если объект фагоцитоза опсонизирован – покрыт иммуноглобулинами класса G(IgG) и (или) С3b-компонентом комплемента. В таком случае нейтрофил, плазмолемма которого содержит рецепторы к этим молекулам, взаимодействует не с собственно объектом фагоцитоза, а с иммуноглобулинами и компонентом комплемента на его поверхности (этот процесс носит название иммунного фагоцитоза).
Способность к иммунному фагоцитозу, благодаря наличию мембранных рецепторов к иммуноглобулинам и С3-компоненту комплемента, послужила основанием для объединения нейтрофильных гранулоцитов и макрофагов в группу «профессиональных фагоцитов», в отличие от многочисленных клеток, поглощающих различные частицы, но не располагающих этими рецепторами и поэтому не способных к иммунному фагоцитозу («непрофессиональных фагоцитов»).
«Респираторный взрыв» – быстро развивающаяся (начиная с первой минуты) метаболическая реакция, сопровождающая фагоцитоз. Она характеризуется резким усилением окислительных процессов в нейтрофильных гранулоцитах (с увеличением потребления ими кислорода в 10–15 раз). Эта реакция обусловлена активацией преимущественно немитохондриальных ферментов, расположенных в плазмолемме и мембранах фагосом, и сопровождается образованием токсических реактивных биоокислителей (метаболитов кислорода).
Слияние гранул нейтрофила с фагосомой с образованием фаголизосомы обеспечивает последующее уничтожение захваченной микробной клетки. С мембраной фагосомы, как правило, сливаются сначала мембраны специфических, а в дальнейшем – азурофильных гранул, а их содержимое выделяется в просвет образованной фаголизосомы. При этом благодаря активности мембранных протонных насосов рН в просвете фаголизосомы быстро снижается до 4,0.
Повреждение и внутриклеточное переваривание микроорганизма. Гибель микроорганизма в фаголизосоме наступает вследствие воздействия на него антимикробных веществ; далее он подвергается перевариванию лизосомальными ферментами. Бактерицидный эффект усиливается токсичными реактивными биоокислителями (перекисью водорода, синглетным кислородом, супероксидным и гидроксильным радикалами), которые образуются в гиалоплазме при респираторном взрыве и транспортируются в фаголизосому. В последней миелопероксидаза катализирует реакцию перекиси водорода с ионами хлора, образуя мощное бактерицидное вещество гипохлорит.
Нефагоцитарные механизмы разрушения микробов нейтрофилами характерны для ситуаций, когда микроорганизмы имеют столь крупные размеры, что не могут поглощаться этими клетками. В таких случаях нейтрофилы накапливаются вокруг микробов, прилегая к их поверхности, и выбрасывают содержимое своих гранул в разделяющее их межклеточное пространство, уничтожая микробные клетки посредством высоких концентраций микробицидных веществ. При этом сами нейтрофилы обычно также гибнут; возможны значительные повреждения и окружающих тканей.
Метаболизм нейтрофилов. Энергия, необходимая нейтрофильным гранулоцитам для осуществления их функций, получается преимущественно путем анаэробного гликолиза, поэтому они способны активно функционировать в тканях, бедных кислородом: воспаленных, отечных или плохо кровоснабжаемых. Они сохраняют активность в очагах воспаления и при низких значениях рН. Источником энергии нейтрофилов служат поглощаемая извне глюкоза и внутриклеточные запасы гликогена, которые быстро истощаются при стимуляции – в ходе фагоцитоза и переваривания микробов. Ферменты обмена арахидоновой кислоты при стимуляции нейтрофилов образуют простагландины и лейкотриены, которые обладают широким спектром биологической активности, в частности хемотаксической активностью для лейкоцитов и макро фагов.
Гибель и разрушение нейтрофилов происходит в значительных количествах в ходе фагоцитоза, после него и в результате разрушения микробов нефагоцитарными механизмами. При этом продукты их распада (как и разрушенных тканей) хемотаксически привлекают другие нейтрофилы, которые также гибнут по прошествии некоторого времени. В очагах поражения скапливается гной – смесь разрушенных тканей, погибших и живых нейтрофилов.
Нарушения функций нейтрофилов могут быть обусловлены снижением их подвижности, нарушениями хемотаксиса, подавлением способности к фагоцитозу микроорганизмов, сопровождающему его «респираторному взрыву» или к внутриклеточному перевариванию микробов (вследствие недостаточности отдельных микробицидных систем). В ряде случаев (например, при ВИЧ-инфекции) срок жизни нейтрофилов укорачивается вследствие их быстрой спонтанной гибели в тканях механизмом апоптоза. Эти функциональные нарушения нейтрофилов (многие из которых наследственно обусловлены) даже при нормальном содержании этих клеток в крови обычно являются причиной рецидивирующих инфекционных поражений организма различной степени тяжести. Одним из таких состояний является дефицит адгезии лейкоцитов (ДАЛ) – наследственное заболевание, обусловленное мутацией гена, кодирующего выработку интегрина нейтрофилов. При этом заболевании нейтрофилы не способны к осуществлению адгезивных взаимодействий, необходимых для выполнения ими различных функций, в частности, для перемещения к очагу повреждения и накопления в нем. По указанной причине клинически это заболевание проявляется рецидивирующими бактериальными и микотическими инфекциями при нарушении образования гноя, несмотря на повышенные (вероятно, компенсаторно) концентрации нейтрофилов в крови (до 100 000 клеток/мкл).
Базофильные гранулоциты. Базофильные гранулоциты (базофилы) – самая малочисленная группа лейкоцитов и гранулоцитов. Они попадают в кровь из красного костного мозга, циркулируют в ней от 6 ч до 1 сут, после чего покидают кровеносное русло и мигрируют в ткани, где находятся от нескольких часов до нескольких суток. Базофилы обладают значительно меньшей подвижностью и более слабой фагоцитарной активностью по сравнению с нейтрофилами. По морфологическим и функциональным свойствам они близки, но не идентичны тучным клеткам (тканевым базофилам), постоянно находящимся в соединительной ткани.
Функции базофильных гранулоцитов в физиологических условиях выяснены не полностью. К ним относятся:
– регуляторная, гомеостатическая. Осуществляется благодаря выделению небольших количеств различных биологически активных веществ, накапливающихся в гранулах или синтезируемых при активации клетки. Эти вещества обладают широким спектром биологических эффектов: влияют на сократимость гладких миоцитов (в сосудах, бронхах, органах пищеварительного тракта и других систем), проницаемость сосудов, свертываемость крови, секрецию желез, обладают хемотаксическим влиянием;
– защитная – путем локальной массивной секреции медиаторов воспаления, хемотаксических факторов эозинофилов и нейтрофилов, а также других веществ, обладающих хемотаксической активностью, обеспечивается вовлечение ряда клеток (в первую очередь, эозинофилов) в защитные реакции организма, направленные против некоторых паразитов.
Содержание базофильных гранулоцитов в крови составляет в норме: относительное 0,5–1,0 % (от общего числа лейкоцитов), абсолютное – 20–80 клеток/мкл. Изменения концентрации базофилов описаны в различных функциональных и патологических состояниях, однако их диагностическое значение неясно.
Базофилия – повышенное содержание базофилов в крови. Отмечена при иммунных реакциях гиперчувствительности, после облучения, при гипотиреозе, а также при некоторых заболеваниях системы крови.
Базопения – сниженное содержание базофилов в крови. Обычно сочетается с эозинопенией; отмечается при инфекциях, воспалительных заболеваниях, опухолях, тиреотоксикозе.
Размеры базофильных гранулоцитов на мазках составляют 9–12 мкм, т. е. примерно соответствуют размерам нейтрофилов или несколько меньше их. Ядра базофильных гранулоцитов – дольчатые (содержат 2–3 сегмента) или S-образные, относительно плотные, но более светлые (с меньшим содержанием гетерохроматина), чем у нейтрофилов и эозинофилов. Они нередко трудно различимы, так как маскируются ярко окрашенными цитоплазматическими гранулами. Цитоплазма базофильных гранулоцитов, как и нейтрофильных, слабооксифильна. Под электронным микроскопом в ней выявляются митохондрии, элементы цитоскелета, сравнительно слабо развитый синтетический аппарат, скопления гликогена, липидные капли диаметром до 1–2 мкм, разнообразные пузырьки, а также гранулы двух типов – специфические и азурофильные. Гранулы, органеллы и часть элементов цитоскелета располагаются во внутренних участках цитоплазмы, наружные содержат преимущественно элементы цитоскелета и образуют немногочисленные короткие выпячивания.
Специфические (базофильные) гранулы – крупные (диаметром 0,5–2,0 мкм), разнообразной, чаще сферической, формы, хорошо видны в световой микроскоп, окрашиваются метахроматически – с изменением оттенка основного красителя вследствие высокого содержания сульфатированных гликозаминогликанов. На электронно-микроскопическом уровне обнаруживается, что эти гранулы окружены мембраной и заполнены мелкозернистым веществом (матриксом). Матрикс отдельных гранул различается своей плотностью, которая варьирует от умеренной до высокой. Это, как предполагают, отражает различия в их зрелости (более зрелые гранулы обладают большей плотностью матрикса). Содержимое некоторых гранул неоднородно (включает плотные частицы, погруженные в более светлый матрикс).
Содержимое базофильных гранул: сульфатированные гликозаминогликаны, связанные с белками (протеогликаны), – гепарин (антикоагулянт) и хондроитин сульфат, гистамин (расширяет сосуды, увеличивает их проницаемость, вызывает хемотаксис эозинофилов), ферменты (протеазы, пероксидаза), хемотаксические факторы эозинофилов и нейтрофилов.
Азурофильные гранулы – сравнительно немногочисленны, представляют собой лизосомы.
Цитофизиология базофильных гранулоцитов. Деятельность базофилов связана с накоплением и выделением (секрецией) биологически активных веществ, которые запасаются в их гранулах. Выделение содержимого гранул базофилов может происходить в виде медленной секреции с постепенным выделением небольших количеств веществ или резкой массивной дегрануляции, приводящей к выраженным изменениям в окружающих тканях. Первый механизм обусловливает участие базофилов в физиологических регуляторных процессах, второй – в аллергических реакциях.
Участие базофилов в физиологических регуляторных процессах изучено недостаточно и его морфологические основы установлены лишь в самые последние годы. Описан ранее неизвестный механизм медленной (продолжающейся сутками) везикулярной секреции посредством мелких перигранулярных пузырьков (везикул), которые осуществляют транспорт веществ из специфических гранул к плазмолемме и, сливаясь с ней, выделяют свое содержимое в межклеточное пространство.
Участие базофилов в аллергических иммунных реакциях. Базофильные гранулоциты (как и сходные с ними тучные клетки) участвуют в иммунных реакциях, связанных с повреждением тканей: реакциях I типа – гиперчувствительности немедленного типа (ГНТ) и, возможно, также в реакциях IV типа – гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ). Роль базофилов наиболее изучена в аллергических реакциях ГНТ – особом типе локальных или генерализованных реакций, развивающихся в течение нескольких минут после повторного взаимодействия антигена с ранее сенсибилизированным организмом. Первичное воздействие антигена (аллергена) стимулирует выработку иммуноглобулинов класса Е (IgE) у генетически предрасположенных людей. Иммуноглобулины класса IgE связываются с многочисленными (30–100 тыс. на клетку) высокоаффинными рецепторами к Fc-участку IgE на плазмолемме базофилов и тучных клеток. Повторное воздействие поливалентного аллергена (одновременно связывающегося с двумя или тремя молекулами IgE в области Fab-участков) вызывает активацию базофилов и тучных клеток с развитием их быстрой (в течение нескольких минут) секреторной реакции – анафилактической дегрануляции. Установлено, что базофилы значительно более чувствительны к воздействию аллергенов, чем тучные клетки.
Дегрануляция активированных базофилов требует присутствия Са2+ и протекает с выделением веществ:
– ранее накопленных в их гранулах (гепарин, гистамин, хемотаксические факторы эозинофилов и нейтрофилов, ферменты);
– вновь синтезируемых при стимуляции (ФАТ, лейкотриены и простагландины). Субстратом для синтеза эйкозаноидов при этом служит арахидоновая кислота, содержащаяся в составе липидных капель.
В ходе дегрануляции базофилов человека основная масса их гранул выделяет свое содержимое путем слияния мембраны каждой гранулы с плазмолеммой; часть гранул выстраивается в цепочки, в которых они сливаются друг с другом, в дальнейшем содержимое такой цепочки выделяется за пределы клетки.
Действие веществ, выделяющихся при дегрануляции базофилов (и тучных клеток), приводит к сокращению гладких мышц, расширению сосудов и повышению их проницаемости, повреждению тканей (например, эпителия бронхов, кишки). При быстром выделении медиаторов большим числом указанных клеток возможно развитие бронхоспазма, кожного зуда, отеков, поноса, падение кровяного давления.
Клинические проявления реакций ГНТ: бронхиальная астма, аллергический ринит, пищевая аллергия, аллергический дерматит (крапивница). Выраженные в различной мере аллергические реакции выявляются у 20 % населения развитых стран. Более генерализованные реакции выброса медиаторов могут привести к анафилактическому шоку (от греч. аnaphylaxia – беззащитность: ana – обратное действие и phylaxis – охранение) и смерти.
Базофилы выделяют медиаторы не только в ответ на стимуляцию, опосредованную IgE, но при воздействии компонентов комплемента, бактериальных продуктов и цитокинов (интерлейкин-1 (ИЛ-1), интерлейкин-3 (ИЛ-3), интерлейкин-8 (ИЛ-8), гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (ГМ-КСФ), ФАТ и др.)
Эозинофильные гранулоциты. Эозинофильные гранулоциты (эозинофилы) содержатся в крови в небольшом количестве, однако легко узнаются на мазках благодаря многочисленным эозинофильным гранулам, заполняющим их цитоплазму. Они образуются в красном костном мозге, откуда попадают в кровь, циркулируя в ней 3–8 ч (по другим данным, 7–12 ч). После этого они покидают кровеносное русло и выселяются в ткани (преимущественно в кожу, слизистые оболочки дыхательного, пищеварительного и полового трактов), где функционируют, по-видимому, в течение нескольких суток (точная продолжительность жизни в тканях не установлена, но она, очевидно, больше, чем у нейтрофилов).
Основная часть эозинофилов находится не в крови, а в периферических тканях: на один эозинофил в крови приходятся 100–300 в тканях. Они усиленно привлекаются в ткани лимфокинами, иммунными комплексами, компонентами комплемента, а также продуктами, выделяемыми паразитами, опухолевыми клетками, тучными клетками и базофилами (в частности, хемотаксическим фактором эозинофилов и гистамином). Эозинофилы могут проникать в секреты и выявляются в носовой и бронхиальной слизи (при аллергических состояниях – в очень больших количествах). Они обнаруживаются также в лимфатических узлах и лимфе грудного протока (что может указывать на их способность к рециркуляции). Эозинофилы отличаются от нейтрофилов несколько меньшей подвижностью и более слабой фагоцитарной активностью, вместе с тем они являются ведущими клеточными элементами в борьбе с паразитами (гельминтами и простейшими). В тканях эозинофилы подвергаются апоптозу, а их фрагменты фагоцитируются макрофагами.
Функции эозинофильных гранулоцитов:
– защитная – поглощение и уничтожение бактерий фагоцитарным механизмом, а также уничтожение микробов и, в особенности, паразитов (гельминтов и простейших) нефагоцитарным механизмом. Осуществляется во взаимодействии с базофилами, тучными клетками, макрофагами, лимфоцитами, IgE и системой комплемента;
– иммунорегуляторная – ограничение области иммунной (в частности, аллергической) реакции, создание препятствий в распространении из нее антигенов и медиаторов воспаления, нейтрализация метаболитов, участвующих в уничтожении антигенов; выработка ряда медиаторов воспаления и цитокинов.
Содержание эозинофильных гранулоцитов в крови в норме равно: относительное 2,0–5,0 % (от общего числа лейкоцитов), абсолютное – 100–450 клеток/мкл. В физиологических условиях отмечен суточный ритм концентрации эозинофилов в крови с максимумом в ночные и ранние утренние часы и минимумом – в вечерние (что связывают с колебаниями секреции гормонов коры надпочечников – глюкокортикоидов).
Эозинофилия – повышенное содержание эозинофилов в крови. Наиболее выражена при аллергических состояниях (бронхиальной астме, аллергическом рините, аллергическом дерматите, пищевой аллергии), когда содержание эозинофилов увеличивается в несколько раз. Она характерна также для паразитарных заболеваний (при которых ее добавочному усилению способствует свойственный им аллергический компонент), достигая у отдельных больных 90 % от общего числа лейкоцитов, физиологическая эозинофилия свойственна первым трем месяцам жизни.
Эозинопения – сниженное содержание эозинофилов в крови. Отмечается при острых инфекциях, введении глюкокортикоидов, АКТГ.
Размеры эозинофильных гранулоцитов на мазках больше, чем нейтрофильных и составляют 12–17 мкм. Форма эозинофилов на мазках и в тканях округлая, иногда с небольшими выпячиваниями (псевдоподиями). В мокроте и носовой слизи встречаются эозинофилы в виде отростчатых «клеток-медуз». Плазмолемма содержит низкоаффинные рецепторы к IgG, компонентам комплемента, высокоаффинные рецепторы к IgE (последние отсутствуют у нейтрофилов), цитокинам, гормонам, а также адгезивные молекулы. Ядра эозинофильных гранулоцитов обычно сегментированные (состоят из двух, реже трех сегментов), светлее (содержат меньше гетерохроматина), чем ядра нейтрофилов. Изредка могут встречаться палочкоядерные и юные формы, отдельный подсчет которых обычно не производится. Цитоплазма эозинофильных гранулоцитов содержит умеренно развитые органеллы, многочисленные пузырьки, элементы цитоскелета, включения гликогена, липидные капли и гранулы двух основных типов. Предполагается также наличие особого третьего типа мелких гранул (микрогранул).
Специфические (эозинофильные) гранулы – наиболее характерный признак эозинофильных гранулоцитов; содержатся в количестве около 200 гранул на клетку (составляя более 95 % всех гранул). Они окружены мембраной, имеют овальную или полигональную форму, крупные размеры (0,5–1,5 ? 0,2–1,0 мкм), различную (чаще всего – среднюю) электронную плотность. Зрелые гранулы в большинстве содержат плотные кристаллоидные структуры, расположенные по их длине и погруженные в менее электронно-плотный мелкозернистый матрикс. Эти кристаллоиды имеют белковую природу и характеризуются кубической решеткой с периодом около 4 нм. Так как в эозинофильных гранулах находится ряд гидролитических ферментов, их рассматривают как видоизмененные лизосомы.
Содержимое специфических гранул:
– главный основной белок МВР (от англ. Major Basic Protein; название отражает высокое содержание этого белка, составляющего 50 % общего белка специфических гранул, и его основную реакцию) образует их кристаллоид и обусловливает их эозинофилию. Содержит высокие концентрации аргинина, обладает мощным антшельминтным, антипротозойным и антибактериальным эффектами. Токсичен для клеток других тканей (в частности, для эпителия слизистых оболочек воздухоносных путей и пищеварительного тракта). Вызывает гиперреактивность гладких мышц в бронхах. Индуцирует дегрануляцию базофилов, тучных клеток и тромбоцитов, активирует нейтрофилы. Инактивирует гепарин, гистамин, простагландины;
– другие белки специфических гранул располагаются в их матриксе: эозинофильный катионный белок токсичен для бактерий, гельминтов, простейших и клеток организма хозяина; эозинофильная пероксидаза отличается от миелопероксидазы нейтрофильных гранулоцитов, обладает широким спектром антимикробной и антипаразитарной активности в присутствии перикиси водорода; эозинофильный нейротоксин обладает противопаразитарным действием, токсичен для клеток нервной системы; гистаминаза разрушает гистамин; продукты расщепления гистамина оказывают на эозинофилы хемотаксическое действие.
Азурофильные (неспецифические, первичные) гранулы – немногочисленные (менее 5 % всех гранул), крупные и средних размеров (0,1–0,5 мкм), округлой формы, с плотным содержимым. Представляют собой лизосомы и содержат кислую фосфатазу, арилсульфатазу (инактивирует лейкотриены и присутствует в очень большом количестве) и другие ферменты. Содержание этих гранул снижается по мере созревания клетки.
Цитофизиология эозинофильных гранулоцитов. Участие эозинофилов в защите от бактерий, грибов, простейших и гельминтов. Эозинофилы, как и нейтрофилы, способны поглощать и подвергать внутриклеточному уничтожению бактериальные клетки и споры патогенных грибов. Активность фагоцитарного уничтожения микробов у эозинофилов при этом обычно ниже, чем у нейтрофилов. Вместе с тем эозинофильные гранулоциты являются главными клеточными элементами, обеспечивающими высокоэффективную защиту организма от простейших и гельминтов. Они способны уничтожать паразитов непосредственно в кровеносном русле. Выселяясь из кровеносных сосудов, они направляются в слизистые оболочки, где обеспечивают уничтожение паразитов, внедрившихся в ткани и находящихся в просвете органа (обычно кишки). Они окружают паразитов, вступают с ними в контакт, и, активируясь, осуществляют дегрануляцию – выбрасывают токсическое содержимое своих гранул, обладающее высокой противопаразитарной активностью и одновременно вызывающее приток других эффекторных клеток. Цитотоксический эффект в противопаразитарном иммунитете является антителозависимым: активации и прикреплению эозинофила к поверхности паразита способствует наличие на его плазмолемме рецепторов к IgE, IgG и компонентам комплемента.
Иммунорегуляторная функция эозинофильных гранулоцитов обеспечивается в результате их поступления в зону иммунных реакций и ограничения ее распространенности. Они привлекаются в эту зону продуктами, выделяющимися в ходе иммунных реакций, которые они подвергают инактивации, одновременно угнетая деятельность продуцирующих их клеток. Эта функция осуществляется благодаря способности эозинофилов нейтрализовывать лейкотриены, захватывать иммунные комплексы, связывать и разрушать гистамин и угнетать дегрануляцию тучных клеток и базофилов. Фосфолипаза эозинофилов расщепляет ФАТ.
Вместе с тем активированные эозинофилы сами вырабатывают ФАТ (являясь его главным источником в организме) и лейкотриены, которые вызывают увеличение проницаемости сосудов и сокращение гладких мышц. При дегрануляпии эозинофилов выделяются продукты, токсические для тканей человека. Поэтому, наряду с защитой тканей от действия продуктов иммунных реакций, эозинофилы способствуют и их повреждению. Так, установлено, что они являются важным звеном в патогенезе бронхиальной астмы, в частности, играют существенную роль в повреждении бронхиального дерева и респираторного отдела легких, а также в поддержании бронхоспастического синдрома. Помимо участия в регуляции реакций острого и хронического воспаления, эозинофилы, вырабатывая ряд цитокинов (ГМ-КСФ, ИЛ-1, ИЛ-5, ФНО-?), могут также играть определенную роль в регуляции различных процессов, в частности, роста опухолей и заживления ран.
Моноциты. Моноциты – самые крупные из лейкоцитов; относятся к агранулоцитам. Они образуются в красном костном мозге, откуда попадают в кровь, в которой находятся от 8 ч до 3–4 сут и, по-видимому, дозревают. Общее число моноцитов в крови у взрослого составляет 1,7–2,0 ? 109 клеток, из которых 3/4 находятся в пристеночном пуле. Из кровеносного русла моноциты перемещаются в ткани со скоростью 4–10 ? 108 клеток/сут. Внесосудистый пул моноцитов почти в 20 раз превышает их количество в циркуляции. В тканях под влиянием микроокружения и стимулирующих факторов они превращаются в различные виды макрофагов. Моноциты в совокупности с макрофагами образуют единую моноцитарно-макрофагальную систему или систему мононуклеарных фагоцитов (последнее название произошло от традиционного подразделения всех фагоцитов на полиморфноядерные (сегментоядерные), т. е. нейтрофилы, и мононуклеарные (с несегментированным ядром), т. е. моноциты.
Функции моноцитов в значительной мере связаны с их превращением в макрофаги после миграции из сосудов в ткани, хотя частично они могут реализовываться и самими моноцитами еще до этого превращения:
– обеспечение реакций неспецифической защиты организма против микробов, опухолевых и зараженных вирусами клеток;
– участие в специфических (иммунных) защитных реакциях – в составе как их афферентного звена (в качестве антиген-представляющих клеток), так и эфферентного звена (в качестве эффекторных клеток);
– захват и внутриклеточное переваривание различных стареющих и погибших клеток и постклеточных структур (в том числе форменных элементов крови), а также их фрагментов; обеспечение метаболической переработки и реутилизации продуктов их распада (например, железа гемоглобина разрушенных эритроцитов);
– секреция различных веществ, которые регулируют: состояние межклеточного вещества (лизосомальные протеазы, коллагеназы, эластазы, активатор плазминогена и др.); функциональную активность и пролиферацию клеток других типов (монокины – разновидность цитокинов, выделяемых моноцитами/макрофагами).
Содержание моноцитов в крови взрослого в норме: абсолютное – 240–700 клеток/мкл, относительное – 6–8 %; у детей в течение 1-й недели жизни – 0–20 %.
Моноцитоз (повышенное содержание моноцитов в крови) наиболее часто служит проявлением воспалительных или опухолевых заболеваний, а также системных заболеваний крови.
Моноцитопения (сниженное содержание моноцитов в крови) в качестве изолированного состояния встречется редко. Содержание моноцитов снижено при ряде заболеваний системы крови – анапластических анемиях, некоторых лейкозах; оно падает после введения глюкокортикоидов.
Размеры моноцитов на мазках – 18–20 мкм. Они являются самыми крупными клетками среди лейкоцитов.
Форма моноцитов на мазках – округлая, под электронным микроскопом обнаруживаются различные цитоплазматические выпячивания. Ядро моноцитов – крупное (занимает до половины площади клетки на мазке), эксцентрично расположенное, бобовидной или подковообразной формы (реже – дольчатое), светлое (хроматин рассеян в виде мелких гранул), с одним или несколькими мелкими ядрышками. Цитоплазма моноцитов – слабобазофильная, содержит многочисленные мелкие митохондрии, короткие цистерны грЭПС, вариабельное число свободных рибосом, полисом, сравнительно крупный комплекс Гольджи. Цитоскелет моноцитов хорошо развит; множественные микрофиламенты, концентрирующиеся в периферических участках его цитоплазмы под плазмолеммой в области формирующихся псевдоподий обеспечивают его активные амебоидные движения. В цитоплазме присутствуют азурофильные гранулы (лизо сомы), сходные с таковыми в нейтрофилах и богатые гидролитическими ферментами.
Антимикробные системы моноцита включают лизоцим, лактоферрин, кислую фосфатазу, арилсульфатазу, катионные белки, миелпероксидазу, перекись водорода и другие биоокислители, а также токсический метаболит – окись азота (NO), которая синтезируется в цитоплазме при их активации.
Цитофизиология моноцитов и их роль в системе мононуклеарных фагоцитов. Моноциты активно выселяются в ткани из сосудистого русла, причем эта миграция усиливается под влиянием продуктов, выделяемых поврежденными тканями, микробами, а также под действием цитокинов. Моноциты обладают высокой активностью фагоцитоза и способны осуществлять иммунный фагоцитоз благодаря взаимодействию их плазмолеммы с опсонизированными микроорганизмами, которое опосредуется рецепторами к IgG и С3-компоненту комплемента. При фагоцитозе в моноцитах, как и в нейтрофилах, генерируются токсические биоокислители (перекись водорода, супероксидный и гидроксильный радикалы, синглетный кислород), а также окись азота. Моноциты, как и образующиеся из них макрофаги, способны также к нефагоцитарному уничтожению микрорганизмов путем воздействия на них микробоцидных веществ, секретируемых в межклеточное пространство.
Превращение моноцитов в макрофаги происходит в тканях под влиянием местных факторов микроокружения. Некоторые исследователи полагают, что до этого превращения моноциты способны несколько раз делиться. Образующиеся макрофаги обладают, наряду с общими свойствами, некоторыми частными отличиями, обусловленными ткане- и органоспецифическими особенностями их существования и функционирования.
Моноциты, мигрирующие в ткани, дают начало макрофагам соединительной ткани (гистиоцитам), ряду органоспецифических макрофагов – клеткам Купфера печени, альвеолярным макрофагам легкого, макрофагам костного мозга, селезенки, тимуса, лимфатических узлов, полостей тела (перитонеальным, плевральным, перикардиальным), центральной нервной системы (микроглии), остеокластам (рис. 1.2). Предполагают, что и специализированные макрофаги в тканях способны к делению, однако оно недостаточно для поддержания их популяций, которое осуществляется путем постоянного притока моноцитов из крови и их преобразования в макрофаги.
Рис. 1.2. Основные направления преобразования моноцитов в различные типы макрофагов и антиген-представляющие клетки:
АПК – антиген-представляющие клетки; МО – моноцит (в просвете кровеносного сосуда и мигрирующий через его стенку); МО* – моноцит в тканях, дифференцирующийся в АПК или один из видов макрофагов: гистиоцит (ГЦ), клетку Купфера (КК) синусоидов печени, альвеолярный макрофаг (аМФ), перитонеальный МФ (пМФ), клетку микроглии (МГ) и остеокласт (ОКЛ). В очаге воспаления ГЦ могут дать начало гигантской клетке (ГК) или эпителиоидным клеткам (ЭК)
Структурно-функциональные изменения моноцитов при их превращении в макрофаги:
– существенное увеличение размеров клетки (до 25–50 мкм), а также содержания в ее цитоплазме митохондрий, пиноцитозных пузырьков и, в особенности, лизосом; размеров комплекса Гольджи;
– преобразования плазмолеммы с формированием значительного числа складок, увеличением количества микроворсинок, нарастанием содержания рецепторов к IgG и С3-компоненту комплемента;
– повышение активности дыхательных и лизосомальных ферментов, одновременное снижение содержания пероксидазы;
– усиление подвижности, общей метаболической активности, адгезивных свойств, способности к пиноцитозу и фагоцитозу, общее возрастание микробицидности;
– изменения чувствительности к гормонам.
Фагоцитоз у макрофагов, как у моноцитов и нейтрофилов, сопровождается «респираторным взрывом». Он может осуществляться как неиммунный фагоцитоз (в отсутствие воздействия специфических факторов сыворотки) или как иммунный фагоцитоз (после опсонизации), благодаря наличию рецепторов к IgG и С3-компоненту комплемента на плазмолемме макрофага.
Макрофаги из различных органов и тканей обладают неодинаковыми свойствами, в частности, различиями в способности к уничтожению микробов; определенная специфика характерна и для отдельных клеток среди однотипных макрофагов.
Резистентность микроорганизмов к действию микробицидных механизмов макрофагов обеспечивается несколькими путями. Так, некоторые микробы, например возбудители туберкулеза (лат. Mycobacterium tuberculosis) и токсоплазмоза (лат. Toxoplasma gondii), избегают действия микробицидных механизмов и выживают в фагосомах макрофагов благодаря тому, что выделяют вещества, которые препятствуют слиянию лизосом с фагосомами. Другие (например, лейшмании) сохраняют жизнеспособность в фаголизосомах, так как обладают стенкой, резистентной к действию лизосомальных ферментов и низких зна чений рН, третьи (например, Trypanosoma cruzi) могут проникать из фагосом в гиалоплазму.
Активация макрофагов – процесс, обеспечивающий дальнейшее усиление их метаболической, локомоторной, фагоцитарной, антимикробной, противоопухолевой и секреторной способности – происходит при непосредственном контакте с микроорганизмами, а также под влиянием их продуктов или цитокинов – ИЛ-2, ИЛ-4, ФНО, ИФН-у, ФАТ, КСФ. Активированные макрофаги приобретают способность к уничтожению ряда микроорганизмов, которые могли выживать в фаголизосомах неактивированных клеток и даже разрушать их. Индукция выработки значительных количеств окиси азота усиливает цитотоксичность макрофагов по отношению к опухолевым клеткам и микроорганизмам. Макрофаги, не способные уничтожить фагоцитированные ими микроорганизмы, благодаря своей подвижности превращаются в их разносчиков и тем самым могут содействовать распространению инфекции по организму.
Секреция активированных макрофагов. При активации усиливается продукция макрофагами и секреция ими во внеклеточное пространство различных веществ – ИЛ-1, ФНО-ос, ТРФР, простагландинов, лейкотриенов, ФАТ, ТФР-ос, ТФР-р, компонентов комплемента, ИФН, катионных белков, свободных радикалов кислорода, перекиси водорода, окиси азота, хемотаксических факторов для нейтрофилов, колониестимулирующего фактора макрофагов (М-КСФ), ГМ-КСФ. Часть этих веществ важна для непосредственной защиты от микроорганизмов и опухолевых клеток, другая оказывает влияние на сами макрофаги и другие клетки, регулируя активность воспалительных реакций. Так, ИЛ-1, ФНО-ос и ряд других пептидов, воздействуя на гипоталамический терморегуляторный центр, играют роль эндогенных пирогенов (от греч. pyros – огонь и genes – происшедший), т. е. веществ, вызывающих повышение температуры тела. Микробные продукты, обусловливающие выделение эндогенных пирогенов, носят название экзогенных пирогенов. Секретируемые активированными макрофагами лизосомальные ферменты в сочетании с микробицидными веществами обеспечивают уничтожение микроорганизмов нефагоцитарным путем, однако они способны вызвать разрушение и окружающих их тканей. Секреция медиаторов воспаления макрофагами угнетается кортикостероидными препаратами.
Макрофаги обладают и другими механизмами влияния на воспалительные реакции, так как они способны разрушать компоненты комплемента, иммуноглобулины, кинины. В очагах воспаления макрофаги могут стимулировать процессы регенерации ткани путем удаления погибших клеток и секреции факторов, вызывающих пролиферацию и функциональную активацию фибробластов – клеток, обеспечивающих выработку компонентов межклеточного вещества.
Видоизменения макрофагов в тканях и особые виды макрофагов. В тканях могут встречаться макрофаги, перегруженные продуктами неполного переваривания фагоцитированных ими субстратов, а также макрофаги, изменившиеся в результате взаимодействия между собой и с другими клетками, в первую очередь, лимфоцитами (в очагах хронического воспаления). Такие макрофаги приобретают ряд морфологических особенностей, столь характерных, что они служат их диагностическими признаками и обусловливают особые названия этих клеток:
– «пылевые» клетки – альвеолярные макрофаги легкого, перегруженные частицами пыли из вдыхаемого воздуха и выявляемые в мокроте;
– клетки «сердечных пороков» – альвеолярные макрофаги, содержащие в цитоплазме большое количество железа в результате переваривания эритроцитов, попадающих в просвет альвеол при некоторых пороках сердца вследствие повышения давления в легочных сосудах и увеличения проницаемости их стенки;
– «пенистые», или «ксантомные» (от греч. хanthos – желтый – по цвету включений) клетки – макрофаги с резко вакуолизированной цитоплазмой, перегруженные различными по химическому составу липидами (например, в очагах атеросклеротических поражений артерий, при повышенных уровнях липидов в крови, при наследственных заболеваниях, связанных с накоплением липидов – болезни Нимана – Пика, Гоше, Фабри и др.);
– гигантские многоядерные клетки. Образуются в очагах хронического воспаления в результате слияния нескольких макрофагов друг с другом, поэтому их точнее следовало бы отнести к симпластам. Имеют разнообразную форму и нередко достигают очень крупных размеров. В их цитоплазме могут находиться фагоцитированные микроорганизмы, различные клетки и их фрагменты;
– эпителиоидные клетки располагаются в очагах хронического воспаления в виде рядов и скоплений, внешне напоминая клетки эпителия. Характеризуются редукцией лизосомального аппарата, падением фагоцитарной активности при одновременном развитии синтетического аппарата. Специализируются на секреции различных регуляторных веществ (цитокинов, хемотаксических веществ, факторов роста) и ферментов в межклеточное пространство. Характер секретируемых веществ зависит от особенностей микроокружения этих клеток. Тем самым они оказывают сложное регулирующее действие на течение хронического воспаления.
Преобразование моноцитов в дендритные антиген-представляющие клетки (АПК) в тканях – наиболее вероятный путь образования последних; допускается также возможность развития дендритных АПК из самостоятельного костномозгового предшественника.
Основной функциональный признак дендритных АПК – наиболее высокая (по сравнению с клетками других типов) способность представления антигенов лимфоцитам. Они образуют функционально единую систему морфологически сходных клеток, распределенных по всему организму; наиболее многочисленны популяции АПК в слизистых оболочках и коже (входных воротах поступления антигенов), а также в органах иммунной системы (области наиболее активного представления антигенов).
Дендритные АПК в разных локализациях соответствуют не сугубо самостоятельным клеточным типам, а клеткам одного или нескольких близких типов на различных стадиях деятельности, для которых характерны поэтапная миграция, смена микроокружения и изменения ряда фенотипических свойств. Так, клетки Лангерганса, являющиеся наиболее изученной и самой крупной популяцией дендритных АПК, захватывают антигены в коже и различных слизистых оболочках, после чего мигрируют в лимфатические узлы, где осуществляют их представление в переработанном виде. В тканях дендритные АПК обладают собственной подвижностью; они переносятся также пассивно с током лимфы и крови.
Основной морфологический признак дендритных АПК – наличие многочисленных подвижных и меняющих форму ветвящихся цитоплазматических отростков, что послужило основанием для их наименования (от греч. dendron – дерево). Отростки АПК проникают между клетками других типов, пронизывают значительные объемы тканей и обладают большой совокупной поверхностью, посредством которой они способны воспринимать антигены. При стандартных методах гистологической окраски дендритные АПК практически не выявляются. Их наиболее надежная идентификация производится при использовании иммуногистохимических методов. Для клеток Лангерганса характерно присутствие в цитоплазме особых мембранных гранул Бирбека в форме теннисной ракетки (выявляются только под электронным микроскопом), функция которых до конца не выяснена. Несмотря на высокую пиноцитозную активность, АПК, в отличие от моноцитов и макрофагов, обладают сравнительно низкой активностью лизосомальных ферментов. Ядро дендритных АПК – неправильной формы, обычно с многочисленными вдавлениями.
Лимфоциты. Лимфоциты занимают второе место по численности среди лейкоцитов крови взрослого (после нейтрофильных гранулоцитов). Они представляют собой группу морфологически сходных, но функционально разнообразных лейкоцитов, относящихся к агранулоцитам. Лимфоциты различаются экспрессией ряда молекул (маркеров) на своей поверхности, которые выявляются лишь при использовании специальных иммуноцитохимических методов. Источником развития лимфоцитов служат красный костный мозг и лимфоидные органы, из которых они попадают в кровь и лимфу. Большая часть этих клеток после циркуляции в крови проникает из сосудов в различные ткани, впоследствии вновь возвращаясь в кровь (рециркулирует). Лимфоциты составляют большую часть клеток в лимфоидных органах, относящихся к иммунной системе (лимфатических узлах, миндалинах, селезенке, пейеровых бляшках, аппендиксе и др.). Общий суммарный объем лимфоцитов в организме эквивалентен размерам такого органа, как печень.
Циркуляция и рециркуляция лимфоцитов зависят от экспрессии на их плазмолемме особых хоминг-рецепторов, взаимодействующих с адгезивными молекулами на эндотелии сосудов микроциркуляторного русла. Кровь содержит лишь около 2 % лимфоцитов, находящихся в организме, остальные 98 % находятся в тканях. За день кровь переносит около 5–10 ? 1011 лимфоцитов (что примерно соответствует их общему содержанию в организме); среднее время пребывания лимфоцита в кровотоке составляет около 30 мин. Из лимфоцитов, проходящих через кровь, примерно 50 % мигрируют через селезенку, через грудной проток проходят 5–10 %. Часть лимфоцитов в сосудах находится в маргинальном пуле. Продолжительность жизни различных субпопуляций лимфоцитов существенно различается и варьирует от нескольких часов до многих лет. Из лимфоцитов крови 65–75 % – долгоживущие (продолжительность жизни – от нескольких месяцев до 5 лет), 15–35 % – короткоживущие (продолжительность жизни – от нескольких часов до 5 дней).
Функции лимфоцитов:
– обеспечение реакций иммунитета – специфической защиты от чужеродных и измененных собственных антигенов, которая осуществляется благодаря выработке антител (гуморальный иммунитет) или контактному воздействию клеток-эффекторов иммунной системы (клеточный иммунитет). Лимфоциты являются главными клетками иммунной системы;
– регуляция деятельности клеток других типов в иммунных реакциях, процессах роста, дифференцировки и регенерации тканей посредством контактных взаимодействий и секреции ряда цитокинов (лимфокинов).
Содержание лимфоцитов в крови взрослого в норме составляет: относительное – 20–35 % (по некоторым источникам – 20–50 %), абсолютное – 1000–3000 клеток/мкл.
Содержание лимфоцитов в крови ребенка меняется с возрастом. Сразу же после рождения оно такое же, как у взрослого, в период с 3–6 дней до 4–5 лет существенно превышает его (достигая максимума порядка 65 % в течение первого-второго года жизни), затем снижается, приближаясь к уровню, характерному для взрослого, ко времени полового созревания.
Характер возрастных изменений содержания лимфоцитов в крови обратен таковому у нейтрофилов, причем концентрации этих клеток в детском возрасте сравниваются дважды: на 4–5-й дни и 4–5-й годы жизни, что обозначают как первый и второй «лейкоцитарные перекресты», соответственно.
Лимфоцитоз – повышенное содержание лимфоцитов в крови. Характерен для некоторых инфекций, опухолей, реакций гиперчувствительности, тиреотоксикоза, лимфопролиферативных заболеваний; «физиологический лимфоцитоз» типичен для детей до 4–5 лет.
Лимфоцитопения – сниженное содержание лимфоцитов в крови. Наиболее часто связана с опухолями, инфекциями, коллагенозами. Она может быть обусловлена подавлением выработки лимфоцитов (при врожденном иммунодефиците, апластической анемии, химиотерапии опухолей, облучении), их усиленным разрушением (при инфекционных заболеваниях, например при ВИЧ-инфекции, аутоиммунных поражениях), измененным распределением между кровью и различными тканями (при инфекциях, хирургических операциях).
Размеры лимфоцитов варьируют в широких пределах и позволяют выделить три их группы, которые различаются также по своим морфологическим и функциональным особенностям: малые, средние и большие лимфоциты.
Малые лимфоциты (диаметр на мазках – 6–7 мкм) – наиболее многочисленная группа (в крови составляют до 80–90 % всех лимфоцитов). Их считают зрелыми клетками, которые, однако, способны при антигенной стимуляции или воздействии веществ, индуцирующих митоз (митогенов), превращаться в более крупные, пролиферативно активные (властные) клетки в результате так называемого процесса бласт-трансформации. Процесс бласт-трансформации лимфоцитов включает ряд морфологических и биохимических изменений, начинающихся с увеличения размеров ядрышка, за которым следуют увеличение объема ядра с нарастанием в нем содержания эухроматина, увеличение массы цитоплазмы и содержания в ней органелл – рибосом, элементов грЭПС, лизосом, размеров комплекса Гольджи. Возникшие описанным путем в результате иммунной стимуляции клетки (иммунобласты) в дальнейшем пролиферируют и дифференцируются. Ядро малых лимфоцитов – круглое, овальное или бобовидное, темное (с преобладанием гетерохроматина и плохо различимыми на стандартно окрашенных мазках ядрышками), занимает до 90 % площади клетки. Цитоплазма малых лимфоцитов, окружающая ядро в виде узкого ободка, окрашивается резко базофильно. Она содержит сравнительно слабо развитые органеллы – рибосомы, полисомы, цистерны грЭПС, центриоли, митохондрии, азурофильные гранулы (лизосомы), включения гликогена, отдельные вакуоли. Цитоскелет лимфоцитов сравнительно хорошо выражен; он представлен микротрубочками, промежуточными виментиновыми филаментами и микрофиламентами. Последние накапливаются по мере дифференцировки и в покоящемся лимфоците сосредоточены преимущественно под плазмолеммой. При активации клетки они концентрируются в микроворсинках и псевдоподиях (с помощью которых лимфоцит мигрирует через стенку венул).
Средние лимфоциты (диаметр на мазках – 8–9 мкм) в крови человека составляют около 10 % всех лимфоцитов. Морфологически они сходны с малыми лимфоцитами, однако их ядро светлее (содержит меньше гетерохроматина), цитоплазма развита значительнее и занимает относительно больший объем в клетке.
Большие лимфоциты (диаметр на мазках – 10–18 мкм) в значительном количестве встречаются лишь в лимфоидной ткани и обычно отсутствуют в крови. У них относительно светлое (с преобладанием эухроматина) ядро округлой или бобовидной формы с отчетливо выявляемыми ядрышками, обширной слабобазофильной цитоплазмой со сравнительно хорошо развитыми органеллами. Они обычно являются активно делящимися (бластными) формами развивающихся клеток лимфоидного ряда – лимфобластами или иммунобластами.
Большие гранулярные лимфоциты (БГЛ) – особая разновидность больших лимфоцитов, циркулирующих в крови взрослого человека. Они составляют 5–10 % (по некоторым источникам – до 15 %) лимфоцитов крови. Ядро БГЛ – бобовидное, с вдавлениями, умеренно плотное, смещенное к одному краю клетки, что делает ее асимметричной. Цитоплазма светлая, содержит 30–50 крупных азурофильных гранул диаметром 0,5–2,0 мкм, которые концентрируются на полюсе, противоположном тому, где располагается ядро. Гранулы содержат ряд веществ (перфорин, гранзимы и др.), обеспечивающих цитотоксическую активность этих клеток. Под электронным микроскопом в них выявляется плотный гомогенный центр, окруженный мелкозернистым матриксом низкой электронной плотности.
БГЛ выполняют функцию NK-клеток, или натуральных киллеров (от англ. Natural Killercells), – особой разновидности эффекторных клеток иммунной системы.
Классификация лимфоцитов по функциональному признаку выделяет Ти В-лимфоциты. Они различаются:
– местом своей дифференцировки;
– характером экспрессии интегральных белков (клеточных маркеров) на плазмолемме;
– ролью в обеспечении клеточного (Т-лимфоциты) или гуморального (В-лимфоциты во взаимодействии с Т-лимфоцитами) иммунитета;
– содержанием в крови (табл. 1.1);
– распределением в органах иммунной системы и периферических тканях.
Таблица 1.1. Содержание лимфоцитов различных видов в крови
Примечание. Относительное содержание лимфоцитов отдельных видов приведено в процентах от общего содержания лимфоцитов, принятого за 100 %.
Помимо указанных двух основных групп лимфоцитов, выделена также особая группа – нулевые лимфоциты, которые не обладают маркерами ни Т-, ни В-клеток (см табл. 1.1). Эта группа, по-видимому, представлена несколькими различными видами лимфоцитов, основными из которых являются NK-клетки (БГЛ).
Лимфа. Лимфа (от греч. lympha – чистая влага, ключевая вода) – биологическая жидкость, образующаяся из интерстициальной (тканевой) жидкости, проходящая по системе лимфатических сосудов через цепочку лимфатических узлов (в которых она очищается и обогащается форменными элементами) и через грудной проток попадающая в кровь.
Механизм образования лимфы связан с фильтрацией плазмы из кровеносных капилляров в интерстициальное пространство, в результате чего образуется интерстициальная (тканевая) жидкость. У молодого человека с массой тела 70 кг в интерстициальном пространстве содержится около 10,5 л жидкости. Эта жидкость частично вновь всасывается в кровь, частично поступает в лимфатические капилляры, образуя лимфу. Образованию лимфы способствует повышенное гидростатическое давление в интерстициальном пространстве и различия в онкотическом давлении между кровеносными сосудами и интерстициальной жидкостью, обеспечивающие ежедневное поступление 100–200 г белков из крови в тканевую жидкость. Эти белки через лимфатическую систему полностью возвращаются в кровь.
Объем лимфы в организме человека – 1–2 л. Различают периферическую лимфу (оттекающую от тканей), промежуточную лимфу (прошедшую через лимфатические узлы) и центральную лимфу (находящуюся в грудном протоке).
Основные функции лимфы:
– гомеостатическая – поддержание постоянства микроокружения клеток путем регуляции объема и состава интерстициальной жидкости;
– метаболическая – участие в регуляции обмена веществ путем транспорта метаболитов, белков, ферментов, воды, минеральных веществ, молекул биологически активных веществ;
– трофическая – транспорт питательных веществ (преимущественно липидов) из пищеварительного тракта в кровь;
– защитная – участие в иммунных реакциях (транспорт антигенов, антител, лимфоцитов, макрофагов и АПК).
Состав лимфы. Лимфа состоит из жидкой части (плазмы) и форменных элементов. Чем ближе лимфатический сосуд к грудному протоку, тем выше в его лимфе содержание форменных элементов. Однако и в центральной лимфе форменные элементы составляют менее 1 % ее объема.
Плазма лимфы по концентрации и составу солей близка к плазме крови, обладает щелочной реакцией (рН 8,4–9,2), содержит меньше белков и отличается от плазмы крови по их составу.
Форменные элементы лимфы. Концентрация форменных элементов варьирует в пределах 2–20 тыс/мкл (2–20 ? 109/л), существенно меняясь в течение суток или в результате различных воздействий.
Клеточный состав лимфы: 90 % лимфоцитов, 5 % моноцитов, 2 % эозинофилов, 1 % сегментоядерных нейтрофилов и 2 % других клеток. Эритроциты в норме в лимфе отсутствуют, попадая в нее лишь при повышении проницаемости кровеносных сосудов микроциркуляторного русла. Благодаря присутствию тромбоцитов, фибриногена и других факторов свертывания лимфа способна свертываться, образуя сгусток.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.