Естественные барьеры. 
Иммунология

Главной линией обороны служит кожа, которая, будучи неповрежденной, непроницаема для большинства инфекционных агентов. Способность кожи к десквамации клеток обеспечивает механическое удаление инфекта, а воздействие молочной кислоты и жирных кислот, содержащихся в поте и секрете сальных желез и обусловливающих низкое значение pH, оказывается губительным для большинства бактерий. Исключение составляет Staphylococcus aureus, часто инфицирующий волосяные фолликулы и железы.

Слизь, выделяемая мукоцеллюларным аппаратом бронхов, желудка, кишечника и других внутренних органов, действует как защитный барьер, препятствуя прикреплению бактерий к эпителиальным клеткам и механически удаляя их за счет движения ресничек эпителия при кашле, чихании.

Вымывающее действие слез, слюны, мочи способствует защите поверхности эпителия от повреждающего действия на него патогенных агентов. Во многих биологических жидкостях, секретируемых организмом, содержатся вещества, обладающие бактерицидными свойствами (например, соляная кислота в желудочном соке; спермин и цинк в сперме; лизоцим в слезах, носовых выделениях и слюне; лактопероксидаза в молоке).

Благодаря микробному антагонизму, связанному с нормальной бактериальной микрофлорой человека, угнетается рост ряда потенциально патогенных бактерий и грибов вследствие конкуренции за необходимые питательные вещества или выработки некоторых веществ (кислоты). Например, патогенная микрофлора влагалища угнетается молочной кислотой, которая вырабатывается одним из видов бактерийкомменсалов, метаболизирующих гликоген, секретируемый клетками влагалищного эпителия. Защитной реакцией является фильтрационная функция лимфатических узлов [3].

Если же микробы преодолевают эти естественные барьеры, то в действие вступают следующие два способа защиты: разрушение их ферментами, либо «поедание» клетками-фагоцитами.

Система фагоцитов

К неспецифическим факторам резистентности относится фагоцитарная система. Она представлена двумя типами клеток, которые И. И. Мечников определил как микрофаги (полиморфноядерные нейтрофилы, гранулоциты) и макрофаги, образующиеся из моноцитов, которые задерживаются в тканях, образуя систему мононуклеарных фагоцитов [11].

Всем фагоцитам присущи следующие функции:

• миграция и хемотаксис;

• • адгезия и фагоцитоз;
• • цитотоксичность;
• • секреция гидролаз и других БАВ.

Нейтрофилы — короткоживущие клетки, способные к хемотаксису и фагоцитозу. В результате стимуляции поверхности нейтрофилов в них происходит всплеск окислительных реакций и накапливается большое количество метаболитов и гидролитических ферментов, уничтожающих микроорганизмы как в клетках, так и вне их. Фагоцитоз облегчается присутствием в среде ионов кальция и магния и хорошей оксигенацией [12, 13].

Однако бактерии, особенно инкапсулированные, имеют поверхность, к которой клетки трудно прикрепляются, что делает их устойчивыми к фагоцитозу. В этом случае компоненты комплемента и специфические антитела могут покрывать поверхность бактерий и облегчать прикрепление их к фагоцитирующим клеткам, облегчая поглощение таких бактерий. Опсонизирующая активность свойственна в основном IgG. Эти антитела взаимодействуют с бактериями с помощью специфических участков в Fab-областях, одновременно прикрепляясь к поверхности нейтрофилов через Fc-фрагменты.

В опсонизации большую роль играют также компоненты комплемента, особенно СЗЬ. Прикрепление СЗЬ к поверхности микроорганизма ускоряет его связывание с нейтрофилами. Опсонизирующая активность обнаружена также и у фрагментов С4 и С5. СЗа и С5а могут непосредственно влиять на окислительный метаболизм нейтрофилов или слияние гранул.

Кроме рецепторов IgG и СЗЬ, нейтрофилы содержат также рецепторы для хемотаксического пептида ФМЛФ для микрои макрофагов (N-формил-Б-метионин-Б-лейцин-Б-фенилаланин), С5а, СЗа и ЛТВ4, которые обусловливают чувствительность к широкому спектру активаторов [3].

Возможные механизмы активации нейтрофилов: слущивание или интернализация рецептора, гидролиз или инактивация лиганда, нарушение связи между рецептором и системой внутриклеточных ферментов, истощение внутриклеточных медиаторов, индуцированное изменение структуры рецептора.

Полагают, что рецепторы для ФМЛФ и СЗЬ существуют также и в специфических гранулах. Большая часть изменений, наблюдаемых в активированных нейтрофилах, включает в себя движение клетки или ее мембраны и переориентацию. В изменениях функций плазматической мембраны в мигрирующих и фагоцитирующих нейтрофилах участвует актомиозиновая система. Проникающие в клетку ионы Са²⁺ связываются с белком гельзолином, что приводит к обратимому укорочению актиновых филаментов и индуцирует переход золя в гель [3,16].

Стимуляция поверхности нейтрофила связана со значительным увеличением метаболической активности — метаболической или дыхательной вспышкой. Потребление кислорода возрастает в несколько раз, значительно повышается окисление глюкозы через гексозомонофосфатный путь. Активаторами метаболической вспышки могут служить ФМЛФ, С5а, различные микроорганизмы, покрытые соответствующими опсонинами. Почти весь дополнительно поглощенный кислород превращается сначала в супероксид или его анион. Фагоцитирующие клетки обычно продуцируют пероксид водорода. У нейтрофилов имеется три типа гранул:

• а) первичные, азурофильные, содержащие набор разнообразных гидролаз — катепсины A, D, Е; 5-нуклеотидазу, бета-галактозидазу, арилсульфатазу, бета-глюкуронидазу, эластазу, коллагеназу, катионные белки, миелопероксидазу, лизоцим, кислые мукополисахариды;
• б) вторичные «специфические» гранулы содержат лактоферрин, щелочную фосфатазу; белок, связывающий витамин В₁₂, лизоцим.

Таким образом, гранулы обоих типов содержат набор ферментов, достаточный для деградации многих или всех липидов, полисахаридов и белков чувствительных бактерий, что приводит их к значительной деструкции в считанные часы;

в) третичные гранулы: похожи на обычные лизосомы и содержат кислые гидролазы.

Слияние фагосом со специфическими (вторичными) гранулами происходит довольно быстро — через 30 с после начала фагоцитоза, а с азурофильными (первичными) лишь через 1—3 мин. Последовательность стадий слияния гранул обеспечивает условия, при которых деятельность переваривающих ферментов протекает с наибольшей активностью.

Высвобождение же гранулярных ферментов наружу вызывают иммунные комплексы, СЗа, С5а и пирогены через поверхностные рецепторы и цГМФ, а цАМФ уменьшает высвобождение гидролаз. В нейтрофилах очень много различных нейтральных и кислых протеиназ, которые могут катализировать образование кининов из различных кининогенов, активировать комплемент, повышать проницаемость сосудов. Кроме вазоактивных липидов (PGE₂, LTB₄, тромбоксана А₂), имеются ферментные системы, производящие мощные вазоактивные и хемотаксические пептиды (например, катализирующие превращение ангиотензиногена в ангиотензин II).

В нейтрофилах содержатся низкомолекулярные катионные полипептиды и катионные белки. Активированные нейтрофилы осуществляют фагоцитоз, уничтожая микроорганизмы. Но следует помнить о том, что при высокой плотности полиморфноядерных нейтрофилов на единицу объема ткани наступает их самоактивация и образование очагов инфильтрированной ткани (абсцессы, фурункулы). Активированные нейтрофилы потенциально цитотоксичны для окружающих клеток. Признаки активации гранулоцитов в крови: гранулоцитоз, ядерный сдвиг влево, токсическая зернистость [3].

В азурофильных гранулах нейтрофилов и моноцитов содержится миелопероксидаза, катализирующая окисление ионов галидов (в особенности йода) до гипогалитов. В сочетании с перекисью водорода и галидами, особенно йодидом и бромидом, она токсична для многих клеток, в том числе для микроорганизмов: различных бактерий, грибов, вирусов.

Цитотоксичность системы «миелопероксидаза — пероксид водорода — галид» имеет различные механизмы:

• • если окисляемым галидом является йодид, то повреждение может быть вызвано прямым йодированием;
• • если в реакции участвует хлорид, то цитотоксичность обеспечивается присутствием синглетного кислорода;
• • система миелопероксидазы также декарбоксилирует аминокислоты, причем настолько эффективно, что чувствительные микроорганизмы погибают в течение нескольких минут.

К неспецифическим факторам резистентности, кроме полиморфноядерных нейтрофилов, относятся моноциты и макрофаги. Они отличаются высокой фагоцитарной активностью, образуются из промоноцитов костного мозга, которые после дифференцировки в моноциты крови циркулируют там в течение трех дней, а затем мигрируют в прилежащие ткани в виде зрелых макрофагов, формируя систему мононуклеарных фагоцитов. Продукты этих клеток — монокины — действуют на многие клетки других типов.

Моноциты могут содействовать как воспалительным, так и противовоспалительным процессам, способствовать созреванию предшественников лейкоцитов, действовать на систему комплемента, свертывание крови, обмен кининов, служить основным источником метаболитов арахидоновой кислоты, а также оказывать токсическое действие на опухолевые клетки и микроорганизмы (рис. 4.1).

Макрофаги, без сомнения, играют важную роль в устойчивости организма хозяина к микроорганизмам. Они обладают высокой фагоцитарной активностью, значительной подвижностью и способностью образовывать токсические метаболиты кислорода и наборы мощных гидролитических ферментов. В отличие от нейтрофилов у макрофагов более медленная, но более продолжительная реакция на внешние стимулы; они способны использовать фаголизосомы повторно, секретировать нелизосомные белки. У них выше способность к пиноцитозу. Макрофаги способны быстрее реконструировать плазматическую мембрану, но характер бактерицидного действия макрофагов во многом сходен с таковым у нейтрофилов. Оно также включает интернализацию микроорганизмов, слияние фагосом с лизосомами и активацию метаболитов кислорода при уничтожении микроорганизмов.

Между моноцитами и макрофагами обнаружено много количественных различий: прежде всего, эти клетки отличаются по ферментативной активности и способности к фагоцитозу. При дифференцировке моноцитов в макрофаги у них исчезают азурофильные гранулы, в результате этого более заметными становятся лизосомы, содержащие гидролитические ферменты. На поверхности макрофага больше рецепторов для Ig и комплемента, а поверхность представляется более складчатой.

Рис. 4.1. Макрофагическая система.

В активации макрофагов, прикреплении частиц к поверхности и в фагоцитозе большую роль, как и в нейтрофилах, играют поверхностные белки, способные связывать Fc-фрагменты различных подклассов IgG (у человека это IgG₂ и IgG₃) и комплемента СЗЬ. Сам по себе СЗЬ не повышает скорость фагоцитоза, но ускоряет прилипание частиц к поверхности макрофага. Количество рецепторов к IgG на одном макрофаге достигает 2 млн. Макрофаги и в меньшей степени неактивированные моноциты продуцируют разнообразные соединения, синтез которых регулируется липополисахаридами, фагоцитируемыми частицами, лимфокинами, агрегированными Ig, комплексами «антиген — антитело». Макрофаги синтезируют различные компоненты комплемента: Cl, С2, СЗ, С4, С5, факторы В и D, пропердин, инактиватор СЗЬ. Гепатоциты синтезируют многие из этих белков в значительно больших количествах, однако синтез их макрофагами обеспечивает локальный синтез белков комплемента в экссудатах [3, 28].

Макрофаги продуцируют растворимые белки — монокины. К ним относятся интерлейкин-1 (IL-1), лейкоцитарный пироген, фактор, активирующий фибробласты и пролиферацию гладкомышечных клеток, интерферон; факторы, стимулирующие пролиферацию клеток капилляров; факторы, влияющие на образование колоний гранулоцитов, эритроцитов, макрофагов, мегакариоцитов; фактор роста Т-клеток; фактор дифференцировки В-клеток; белки, убивающие опухолевые клетки; белок, супрессирующий Ти В-клетки.

Макрофаги продуцируют большое количество БАВ: PGE₂, тромбоксан А₂, лейкотриены В и С, причем в значительно больших количествах, чем нейтрофилы. Хотя способность макрофагов убивать микроорганизмы и опухолевые клетки достаточно очевидна, механизм этого явления не так понятен, как в случае нейтрофилов. Миелопероксидаза макрофагов менее эффективно уничтожает микроорганизмы, но может играть существенную роль в уничтожении агентов, вызывающих хронические гранулематозные инфекции. Они, как и нейтрофилы, продуцируют радикальные формы кислорода, которые необходимы для уничтожения чужеродных микроорганизмов.

Набор протеолитических ферментов макрофагов похож на соответствующий набор нейтрофилов, но активность протеаз в них существенно выше. Одним из ферментов, характерных для макрофагов, является ангиотензинконвертаза, катализирующая превращение ангиотензина-I в ангиотензин-Н, а также реакцию инактивации брадикинина.

На макрофагах имеются рецепторы фибрина и продуктов деградации фибриногена, способствующие более тесному взаимодействию клеток с продуктами свертывания. Макрофаги продуцируют заметное количество фибронектина, участвующего в клеточной адгезии, распластывании и движении клеток; содержат центры связывания коллагена и клеток, обладающих значительной хемотаксической активностью для фибробластов, что может играть важную роль при восстановлении поврежденных тканей.

Дефекты фагоцитарной системы существенно снижают естественную резистентность организма. Они проявляются в сочетании с иммунными нарушениями. Выделяют следующие варианты этих дефектов.

• 1. Снижение продукции или ускоренный распад гранулоцитов. Проявляется периодическими нейтропениями и моноцитопениями. Описано несколько сотен случаев детского хронического агранулоцитоза с аутосомно-рецессивным типом наследования. Нейтропения нередко наблюдается при гиперспленизме и обусловлена ускоренным разрушением клеток в селезенке. Иногда нейтропения наблюдается при сцепленной с полом гипогаммаглобулинемии, аплазии вилочковой железы, лекарственной аллергии. Во время резкого уменьшения гранулоцитов отмечаются повышение температуры тела, общее недомогание, головная боль, пиогенные инфекции, изъязвление слизистой оболочки рта и другие осложнения, представляющие угрозу жизни больного. Возможности заместительной терапии ограничены из-за короткого срока жизни гранулоцитов. В каждом случае переливания лейкомассы следует подбирать донора, совместимого по антигенам HLA-системы.
• 2. Нарушение подвижности и хемотаксиса гранулоцитов, что наблюдается при циррозе печени, хронических гранулематозных заболеваниях (возникающая при них гипергаммаглобулинемия тормозит миграцию клеток), ревматоидном артрите (хемотаксис тормозят иммунные комплексы), сахарном диабете, кандидозе кожи и слизистых (нарушение полимеризации актина и нарушение метаболизма АТФ). В некоторых случаях нарушение хемотаксиса и фагоцитоза связано с наследственным дефектом особого вида белка (GP110), вследствие чего больные становятся чувствительными главным образом к бактериальным инфекциям. Дефицит антигенсвязывающего протеина является причиной относительно редкого заболевания с аутосомно-рецессивным типом наследования, которое сопровождается угнетением фагоцитов и частыми инфекциями.
• 3. Нарушение адгезивных свойств (опсонизации), что может быть связано с отсутствием специфического мембранного гликопротеина, влияющего на адгезию нейтрофилов, дефектом системы пропердина и дефицитом потребления комплемента. Это проявляется частыми инфекциями: отитами, пневмониями, периодонтитами, а у новорожденных — медленным заживлением пуповины и рецидивирующими кожными инфекциями.
• 4. Нарушение эндоцитоза во многом связано со снижением эффекта опсонизации. Полагают, что причиной этого являются блокирующий эффект иммунных комплексов, гиперосмолярность (сахарный диабет) и другие факторы. Нарушение эндоцитоза IgG и СЗЬ-нагруженных частиц может быть обусловлено отсутствием 105К-мембранного гликопротеина, имеющего важное значение для функции соответствующих рецепторов. Клинические проявления: рецидивирующие пневмонии, отиты и кожные абсцессы.
• 5. Нарушение внутриклеточного процесса переработки антигена может быть обусловлено замедленным образованием или отсутствием специфических гранул в нейтрофилах, что сопровождается подавлением бактерицидных свойств клеток. Причинами подавления бактерицидное™ могут быть врожденный дефицит миелопероксидазы в первичных гранулах гранулоцитов и макрофагов и отсутствие лизоцима. Относительно редкий синдром Чедиака — Хигаси, наследуемый по аутосомно-рецессивному типу, характеризуется наличием необычно крупных первичных гранул в нейтрофилах и моноцитах, которые не сливаются с фагосомами. В результате этого развивается функциональный дефицит миелопероксидазы с соответствующим замедленным проявлением или снижением бактерицидности. Причина — нарушение мембран, что приводит к агрегации и слиянию азурофильных и специфических гранул в гигантские гранулы с замедленным проявлением дегрануляции. Дефицит миелопероксидазы у взрослых может проявляться кандидозом.
• 6. Необходимое условие процесса внутриклеточной бактерицидности — это постоянная продукция гранулоцитами и моноцитами пероксида водорода. В противном случае фагоцитоз происходит, как правило, нормально, но возбудители не перевариваются и сохраняют свои свойства. В результате возникают тяжелые рецидивирующие инфекции, дерматит, деструктивные процессы в легких, гепатоспленомегалия и гипергаммаглобулинемия. Таковы последствия незавершенного фагоцитоза. В пораженных органах обнаруживают гранулематозные изменения, частично с абсцедированием.

Для выявления нарушений фагоцитарной системы подсчитывают количество лейкоцитов (нейтрофилов, моноцитов) в периферической крови, исследуют биоптат костного мозга, тест восстановления нитросинего тетразолия (желтого тона краситель при участии функционально активных фагоцитов в фаголизосомах восстанавливается до синего формазана), тест с поглощением частиц латекса фагоцитами. Анализ миграции клеток осуществляется в специальных камерах-ячейках или с помощью «кожных окон».