2 курс / Микробиология 1 кафедра / Доп. материалы / Общая_микробиология

451

возбудителя.

М-клетки (microfold – микрозагонщики) слизистых оболочек располагаются среди эпителиальных клеток. Они способны эндоцитировать из слизи кишечника, дыхательных путей или мочеполового тракта чужеродные вещества и переносить их в подслизистые слои. Они утратили характерную цилиндрическую форму, содержат большое количество цитоплазматических вакуолей и имеют микроскладки (рисунок

14.33).

Рисунок 14.33 – Механизм действия М-клеток (АГ – антиген, ЭК – эпителиальная клетка, Т - Т-лимфоцит, В – В- лимфоцит, ДКдендритная клетка, МФ – макрофаг).

М-клетки поглощают тот антиген, который связывается в просвете кишки с секреторным IgA. В свою очередь, секреторный IgA в виде димера продуцируется плазматическими клетками в подэптелиальной соединительной ткани и транспортируется в просвет кишки энтероцитами крипт.

Клеточные элементы защитной системы объединяют гранулоцитарные клетки (нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, тучные клетки), моноцитарномакрофагальные клетки (моноциты и макрофаги), естественные киллеры (рисунок

14.34).

Рисунок 14.34 – Клеточные элементы защитной системы организма.

452

Гранулоцитарные клетки имеют гранулы с большим количеством гидролитических ферментов, способных расщеплять микроорганизмы и продукты деградации клеток. Все они короткоживущие, постоянно пополняются за счет развития в костном мозге. К гранулоцитарным клеткам относятся нейтрофилы, эозинофилы, базофилы и тучные клетки.

Нейтрофилы – самые распространенные клетки крови, подвижные, первыми появляются в очаге воспаления, фагоцитируют и переваривают бактерии. Они участвуют в неспецифических иммунных реакциях.

Эозинофилы – крупные клетки, содержащие большие гранулы, в которых имеются полипептиды с высоким количеством аргинина. Они обладают высокой фагоцитарной активностью по отношению к паразитам.

Базофилы и тучные клетки содержат крупные гранулы с гистамином, серотонином, гепарином, трипсином и химотрипсиноподобными пептидгидролазами. При этом базофилы являются циркулирующими в кровотоке клетками, а тучные клетки представляют собой активированную форму базофилов и являются оседлыми, тканевыми клетками. Тучные клетки тканей и базофилы крови играют важную роль в реакциях воспаления и анафилактических реакциях (в иммунном ответе аллергического характера).

Мононуклеарные фагоциты являются потомками моноцитарномакрофагального предшественника. В костном мозге образуются монобласты, превращающиеся затем в промоноциты. Промоноциты при делении образуют моноциты крови, которые выходят из костного мозга в кровоток и циркулируют в нем или оседают в тканях, превращаясь в фиксированные (тканевые) или свободные макрофаги (в печени фиксированные макрофаги называются клетками Купфера, в селезенке и лимфатических узлах имеются фиксированные и свободные макрофаги,

в легких – альвеолярные макрофаги, в серозных полостях – плевральные и перитонеальные макрофаги, в соединительной ткани – гистиоциты, в нервной ткани – микроглиальные клетки, в костях – остеокласты, в почках – интрагломерулярные и мезангиальные клетки).

Естественные или натуральные киллеры (ЕК- и NK – клетки) – это лимфоидные клетки, лишенные признаков Т- и В-лимфоцитов, то есть лишенные свойственных им антигенраспознающих рецепторов. Морфологически они представляют собой крупные гранулярные лимфоциты, в цитоплазматических гранулах которых в больших количествах содержатся перфорины и гранзимы. Перфорин – белок, обусловливающий образование пор в мембране клетокмишеней, через которые поступают гранзимы. К гранзимам относятся сериновые пептидгидролазы (проникают в клетку-мишень через перфорированные поры и вызывают апоптоз или программированную гибель клеток) и хондроитин-сульфат А (защищает ЕК-клетки от аутолиза).

К гуморальным факторам неспецифической защиты относятся нормальные (естественные) антитела, лизоцим, комплемент, интерферон, ингибиторы сыворотки крови, бета-лизины, лейкины, пропердин, ферменты, белки острой фазы, цитокины.

Нормальные (естественные) антитела содержатся в сыворотке практически здорового неиммунизированного человека. Считают, что они возникают в результате естественной иммунизации микробами, попадающими в организм в малых количествах в течение жизни. Содержание их в сыворотке крови очень

453

малое, но они обладают выраженной противомикробной активностью. Их природа окончательно не установлена.

Лизоцим представляет собой фермент (мурамидаза), который регулирует проницаемость клеточных мембран, разрушая пептидогликановый слой клеточной стенки грамположительных бактерий. На грамотрицательные бактерии он действует совместно с комплементом. Он также активирует фагоцитоз и образование антител. Лизоцим открыт в 1909 г. П.Л. Лащенко, выделен и изучен в 1922 г. А. Флемингом. Лизоцим синтезируется макрофагами, нейтрофилами и другими фагоцитирующими клетками и постоянно поступает в жидкости и ткани организма. Фермент содержится в крови, лимфе, слезной жидкости, молоке, сперме, на слизистых оболочках дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта и мочеполовых путей. Отсутствует лизоцим лишь только в спинномозговой жидкости и передней камере глаза. Нарушение синтеза лизоцима ведет к снижению резистентности организма и возникновению инфекционных заболеваний.

Комплемент – это система белков сыворотки крови. Он был открыт в 1899 г. французским иммунологом Ж. Борде, назвавшим его “алексином”. Современное название комплементу дал П. Эрлих (этот фактор комплементирует, то есть дополняет или усиливает действие антител и фагоцитов). Комплемент представляет собой сложный комплекс белков сыворотки крови, находящийся обычно в неактивном состоянии и активирующийся при соединении антигена с антителом или при агрегации антигена. В состав комплемента входят 20 взаимодействующих между собой белков, девять из которых являются основными компонентами комплемента; их обозначают буквами и цифрами: С1, С2, С3, С4...С9.

Основной функцией комплемента является участие в фагоцитозе и лизисе микробных клеток (цитолиз). Механизм активации комплемента очень сложен и представляет собой каскад ферментативных протеолитических реакций, в результате которого образуется активный цитолитический комплекс, разрушающий стенку бактерии. Известны три пути активации комплемента:

-классический путь;

-альтернативный путь;

-лектиновый путь.

Классический путь активации комплемента характерен для специфического иммунного ответа, так как требует наличия антител. При классическом пути вначале к комплексу антигена с антителом присоединяется компонент комплемента С1. Затем последовательно активируются компоненты комплемента С4, С2, С3. Компонент С3 активирует компонент С5, который прикрепляется к мембране клетки. На компоненте С5 путем последовательного присоединения компонентов С6, С7, С8, С9 образуется литический или мембраноатакующий комплекс (МАК), который нарушает целостность мембраны (образует в ней дефект, пору). Через образующийся дефект в клетку поступает жидкость. В результате осмотического лизиса клетка погибает (рисунок 14.35).

комплемента

454

Рисунок 14.35 – Схема классического пути активации комплемента.

Альтернативный путь активации комплемента проходит без участия антител. Этот путь характерен для защиты от грамотрицательных микробов.

Каскадная цепная реакцияАльтернативныйпри аль ернативном путьп и начинается сразу со взаимодействия патогена с компонентом комплемента С3. Далее реакция идет так

активации комплемента

же, как и при классическом пути - образуется мембраноатакующий комплекс, приводящий к гибели клетки (рисунок 14.36).

Рисунок 14.36 – Схема альтернативного пути активации комплемента.

Лектиновый путь активации комплемента также происходит без участия антител. Он инициируется особым маннозосвязывающим белком сыворотки крови, который после взаимодействия с остатками маннозы на поверхности микробных клеток катализирует компонент С4. Дальнейший каскад реакций сходен с классическим путем (рисунок 14.37).

Интерфероны – это группа термостабильных низкомолекулярных белков сыворотки крови. Интерфероны открыты в 1957 г. А. Айзексом и Ж. Линдеманом. В зависимости от вида клеток – продуцентов выделяют три типа интерферона.

Альфа-интерфероны синтезируются лейкоцитами, поэтому они называются лейкоцитарными.

Бета-интерферон называют фибробластным, поскольку он синтезируется фибробластами - клетками соединительной ткани.

Гамма-интерферон называется иммунным, так как он вырабатывается

Лектиновый путь активации

комплемента 455

активированными Т-лимфоцитами и другими иммунными клетками.

Рисунок 14.37 – Схема лектинового пути активации комплемента.

Альфа- и бета-интерфероны относятся к типу I, а гамма-интерферон – к типу II. Интерфероны обладают противовирусным и противоопухолевым действием, стимулируют фагоцитоз, регулируют образование антител. Их используют для профилактики вирусных инфекций, при лечении злокачественных опухолей и заболеваний, связанных с иммунодефицитами.

Бета-лизины представляют собой термостабильные бактерицидные факторы. Обнаруживаются в сыворотке крови после образования сгустка. По-видимому, выделяются тромбоцитами в процессе свертывания крови. Способны лизировать (растворять) некоторые бактерии. Наиболее активны в отношении грамположительных бактерий (микрококков и спорообразующих бактерий).

Белки острой фазы способствуют фагоцитозу, активации комплемента, формированию и ликвидации воспалительного очага. Они образуются в печени при действии цитокинов. К ним относятся С-реактивный белок (СРБ), маннозосвязывающий белок и другие.

С-реактивный белок имеет молекулярную массу 105 кД и состоит из 5 идентичных полипептидов. В норме в сыворотке крови С-реактивный белок присутствует в количестве 800 нг/мл. Его определяют в реакции преципитации с специфической иммуносывороткой. С-реактивный белок способствует удалению из организма патогенных микробов и некротического материала, поврежденных клеток, стимулирует активность фагоцитов и Т-лимфоцитов, являясь, таким образом, участником не только неспецифических, но и специфических защитных реакций. С-реактивный белок является индикатором воспаления.

Маннозосвязывающий белок - нормальный протеин сыворотки крови. Способен прочно связываться с остатками маннозы, находящимися на поверхности микробных клеток, и опсонизировать их. Способствует фагоцитозу, активирует систему комплемента по лектиновому пути.

Пропердин (фактор Р) представляет собой гамма-глобулин нормальной сыворотки крови. Способствует активации комплемента по альтернативному пути и таким образом участвует во многих иммунологических реакциях. Пропердин действует в составе пропердиновой системы. Пропердиновая система - это взаимосвязанная система пропердина, комплемента и двухвалентных ионов магния.

Фибронектин - универсальный белок плазмы и тканевых жидкостей,

456

синтезируемый макрофагами. Обеспечивает опсонизацию антигенов и связывание клеток с чужеродными веществами, например фагоцитов с антигенами и микробами, экранирует дефекты эндотелия сосудов, препятствуя тромбообразованию. Молекула фибронектина имеет участки для связывания коллагена, фибрина, некоторых бактерий (стафилококки, стрептококки). Связывая эти лиганды, фибронектин быстро их ферментирует.

Лактоферрин - железосвязывающий белок, конкурирующий с бактериями за железо. Синтезируется полиморфно-ядерными лейкоцитами и гроздьевидными клетками железистого эпителия. Является специфическим компонентом секрета слюнных, слезных, молочных желез, дыхательного, пищеварительного и мочеполового трактов.

Бактерицидная активность сыворотки крови (БАС). Свежая сыворотка крови человека и животных обладает выраженными бактериостатическими свойствами в отношении многих возбудителей инфекционных болезней. Основные компоненты, подавляющие рост и развитие микроорганизмов – это нормальные антитела, лизоцим, пропердин, комплемент, монокины, лейкины и другие вещества. Поэтому БАС является интегрированным показателем противомикробных свойств гуморальных факторов неспецифической защиты.

Воспаление – это сложная сосудисто-тканевая реакция организма на повреждения различной природы. При воспалении в зоне повреждения концентрируются фагоциты и другие защитные факторы, в результате чего ликвидируется повреждающий агент и восстанавливается структура и функции пострадавшей ткани. Клинические признаки воспаления:

-тканевой отек (tumor);

-боль (гипералгия, dolor);

-покраснение (гиперемия, rubor);

-локальное или системное повышение температуры (гипертермия, calor);

-нарушение структуры и функции поврежденного органа (functia laesa).

Развитие воспаления протекает в три стадии:

1. Тканевая альтерация или повреждение (протекает в течение нескольких

минут) – это комплекс атрофических, дистрофических и некротических изменений.

2.Экссудация электролитов и белков плазмы - комплекс последовательно развивающихся сосудистых изменений.

3.Пролиферация – завершающаяся стадия воспаления с восстановлением поврежденной ткани или образованием рубца.

Воспаление может быть:

- острым – длительность до 2 недель; - подострым – длительность до 6 недель;

- хроническим – длительность более 6 недель.

Фагоцитоз (греч. phagos - пожираю, cytos - клетка) – это поглощение клеткой инородных частиц и их обезвреживание. Фагоцитоз открыт и изучен И.И. Мечниковым (рисунок 14.38). В 1883 г. на 7 съезде русских естествоиспытателей и врачей в Одессе он доложил об открытии явления фагоцитоза.

Фагоцитоз осуществляют две популяции клеток:

- циркулирующие в крови гранулоцитарные клетки – моноциты,

эозинофилы, базофилы, нейтрофилы;

457

- тканевые макрофагиМечниковпечени, селезенкиИлья, лимфатическихИльич узлов.

Рисунок 14.38 – Илья Ильич Мечников.

В настоящее время все фагоциты объединены в единую мононуклеарную фагоцитирующую систему (МФС) вместо существовавшей ранее ретикулоэндотелиальной системы (РЭС). В нее включены тканевые макрофаги (альвеолярные, перитонеальные и др.), клетки Лангерганса и Гренстейна (эпидермоциты кожи), клетки Купфера (звездчатые ретикулоэндотелиоциты), эпителиоидные клетки, нейтрофилы и эозинофилы крови и некоторые другие.

Процесс фагоцитоза включает в себя несколько стадий (рисунок 14.39):

1)стадия хемотаксиса - приближение фагоцита к объекту поглощения;

2)стадия адгезии поглощаемой частицы на поверхности фагоцита;

3)стадия поглощения частицы путем инвагинации клеточной мембраны с образованием в протоплазме фагосомы (вакуоли, пузырьки);

4)стадия слияния фагосомы с лизосомой клетки с образованием фаголизосомы;

5)стадия проникновения в фаголизосому лизосомальных ферментов (кислой фосфатазы, миелопероксидазы, коллагеназы, каталазы и др.);

6)стадия ферментативного переваривания частицы (процессинг антигена)

вфаголизосоме с помощью ферментов;

7)стадия исхода (удаление элементов).

В случае полного переваривания поглощенного патогена фагоцитоз является завершенным. В некоторых случаях поглощенные патогенные микробы внутри фагоцитов не перевариваются, сохраняют жизнеспособность и даже размножаются. Такой фагоцитоз называется незавершенным и обусловливает хроническое течение инфекции. В ряде случаев макрофаги с поглощенными бактериями образуют скопления, которые снаружи окружаются соединительно-тканной капсулой. Такие скопления клеток или узелки (бугорки) называются инфекционной гранулемой. Они образуются при туберкулезе, бруцеллезе, сифилисе.

Фагоцитоз

458

Рисунок 14.39 – Стадии фагоцитоза.

Некоторые полости организма постоянно заселены определенными микроорганизмами (нормальная микрофлора тела). Нормальная микрофлора на

слизистых оболочках формирует биопленку, защищающую организм от внедрения возбудителей заболеванийНормальная(рисунок 14.40).микрофлора

Рисунок 14.40 – Биопленка на слизистой оболочке кишечника.

Кожа, слизистые оболочки пищеварительной системы и других органов населены свойственными им микроорганизмами, которые составляют биоценоз этих органов. При различных заболеваниях нарушается количественное и качественное соотношение представителей нормальной микрофлоры, а иногда наблюдается и развитие патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. В этом случае развивается патологический процесс, называемый дисбактериозом (дисбиозом).

Защитная функция нормальной микрофлоры проявляется ее антагонистическими взаимоотношениями с патогенными и условно-патогенными микроорганизмами (например, молочнокислые бактерии подавляют гнилостную микрофлору, эшерихии подавляют развитие стрептококков). Механизм антагонистического действия микроорганизмов самый разнообразный (продукция антибиотиков, антибиотикоподобных веществ, ферментов и других биологически

459

активных соединений).

Генетическая реактивность клеток и тканей связана с невосприимчивостью человека к некоторым возбудителям заболеваний. Например, человек не болеет такими инфекциями как чума собак, оспа мышей и т. д.

Защитно-адаптационные механизмы. К неспецифическим факторам защиты относится также стресс. Факторы, вызывающие стресс, были названы Г. Селье стрессорами. По Г. Селье стресс – особое неспецифическое состояние организма, возникающее в ответ на действие различных повреждающих факторов окружающей среды. В качестве стрессоров могут выступать патогенные микроорганизмы и их токсины, холод, голод, тепло, ионизирующее излучение и другие агенты, вызывающие ответные реакции организма. Адаптационный синдром на стресс может быть общим и местным. Он обусловливается действием гипофизарно-адренокортикальной системы, связанной с гипоталамическим центром. Под влиянием стрессора гипофиз усиленно выделяет адренокортикотропный гормон (АКТГ), который стимулирует функцию надпочечников, вызывая у них выделение противовоспалительного гормона типа кортизона, снижающего воспалительную реакцию.

Разные органы и системы организма обладают присущими им защитными факторами. Защитная функция дыхательных путей обусловлена слизью,

реснитчатым эпителием, иммуноглобулинами и фагоцитозом. Защитная функция конъюнктивы обусловлена слезной жидкостью и лизоцимом. Защитная функция пищеварительного тракта обусловлена кислой средой желудка, щелочной средой кишечника, нормальной микрофлорой, механическим перемещением пищи, ферментами, лизоцимом, бактериоцинами. Защитная функция кожи обусловлена анатомическими барьерами, секретами потовых и сальных желез, антимикробными секретами, лактатом, жирными кислотами, кислой средой, нормальной микрофлорой. Защитная функция урогенитального тракта обусловлена током мочи, кислой средой, лизоцимом, вагинальным лактатом.

14.4.2. Патоген-ассоциированные молекулярные образы и образраспознающие рецепторы

Каким же образом клетки защитной системы узнают патогены и инфицированные или опухолевые клетки самого организма? Дело в том, что в последние годы на поверхности микроорганизмов обнаружены повторяющиеся молекулярные углеводные и липидные структуры, отсутствующие на клетках макроорганизма. Эти молекулярные структуры получили обозначение “патоген-

ассоциированные молекулярные образы или паттерны” (pathogen-associated molecular patterns, PAMP). К таким РАМР относятся липополисахариды, липопротеины, гликолипиды, флагеллин, бактериальная и вирусная ДНК и РНК, белки теплового шока. Эти структуры синтезируются только микроорганизмами (в клетках млекопитающих их нет), они характерны для целого ряда патогенов, а не только для одного конкретного вида микробов, они являются важными для жизнедеятельности бактерий (рисунок 14.41).

(pathogen-associated molecular patterns, PAMP)

460

Рисунок 14.41 – Патоген-ассоциированные молекулярные образы.

Например, основными РАМР грамнегативных бактерий являются липополисахарид клеточной стенки, ДНК, флагеллин и пептидогликан. Для грампозитивных бактерий основными РАМР являются ДНК, пептидогликан, тейхоевые и липотейхоевые кислоты

Патоген-ассоциированные молекулярные образы распознаются особыми рецепторами, расположенными на поверхности практически всех клеток организма человека. Эти рецепторы называются образраспознающими рецепторами или

паттерн-распознающими рецепторами – PRR (Pattern Recognition Receptors). Они распознают определенные консервативные молекулы патогенов и молекулы, экспрессируемые собственными клетками организма в случае их инфицирования или опухолевого перерождения. У человека обнаружен большое количество образраспознающих рецепторов. Они реагируют на молекулярные структуры (РАМР), присущие всем патогенным микроорганизмам. В результате этого происходит активация клеток (моноцитов, макрофагов, нейтрофилов, дендритных клеток), направленное разрушение патогенна, инфицированной или опухолевой клетки, либо высвобождение цитокинов.

В зависимости от локализации выделяют клеточные и внеклеточные паттернраспознающие рецепторы. Клеточные PRR располагаются на мембранах клетки или

вцитоплазме. Внеклеточные (растворимые, циркулирующие) PRR обнаруживаются

вжидкостях организма.

Кмембранным формам PRR относятся рецепторы, расположенные как на наружных, так и на внутренних мембранах клетки, в частности, TLR (Toll-Like Receptor) – Toll-подобные рецепторы (рисунок 14.42).