17.3: Клітинний захист
- Page ID
- 3875
Цілі навчання
- Визначте і опишіть компоненти крові
- Поясніть процес, за допомогою якого утворюються формовані елементи крові (кровотворення)
- Опишіть характеристики формених елементів, що знаходяться в периферичній крові, а також їх відповідні функції всередині вродженої імунної системи
У попередньому розділі ми розглянули деякі хімічні медіатори, виявлені в плазмі, рідку частину крові. Нерідка частина крові складається з різних типів формених елементів, так званих тому, що всі вони утворюються з одних і тих же стовбурових клітин, що знаходяться в кістковому мозку. Три основні категорії формених елементів: еритроцити (еритроцити), також звані еритроцитами; тромбоцити, також звані тромбоцитами; і білі кров'яні клітини (WBC), також звані лейкоцитами.
Еритроцити в першу чергу відповідають за перенесення кисню до тканин. Тромбоцити - це клітинні фрагменти, які беруть участь у формуванні тромбів і відновленні тканин. Кілька різних типів WBC беруть участь в різних неспецифічних механізмах вродженого і адаптивного імунітету. У цьому розділі ми зупинимося в першу чергу на вроджених механізмах різних типів WBC.
кровотворення
Всі сформовані елементи крові отримують з плюрипотентних гемопоетичних стовбурових клітин (ГСК) в кістковому мозку. Оскільки HSC роблять копії себе в кістковому мозку, окремі клітини отримують різні сигнали від організму, які контролюють, як вони розвиваються і дозрівають. В результаті ГСК диференціюються на різні типи клітин крові, які після дозрівання циркулюють у периферичній крові. Цей процес диференціювання, званий кровотворення, більш детально показаний на малюнку\(\PageIndex{1}\).
З точки зору величезної кількості, переважна більшість HSC стають еритроцитами. Набагато меншою кількістю стають лейкоцити і тромбоцити. Лейкоцити можна додатково поділити на гранулоцити, для яких характерні численні гранули, видимі в цитоплазмі, і агранулоцити, в яких відсутні гранули. На малюнку\(\PageIndex{2}\) наведено огляд різних типів формених елементів, включаючи їх відносні номери, первинну функцію та тривалість життя.
![Блок-схема, що показує прогресування розвитку формених елементів крові. Вгорі знаходиться мультипотентна гемопоетична стовбурова клітина (гемоцітобласт). Ця клітина ділиться і після поділу деякі нові клітини залишаються стовбуровими клітинами. Інші йдуть по одному з двох шляхів залежно від отриманих хімічних сигналів. Один шлях починається з лімфоїдних стовбурових клітин, які можуть або стати природними клітинами (великими гранульованими лімфоцитами), або малими лімфоцитами. Природна клітина-кілер - середньо-велика фіолетова клітина. Дрібні лімфоцити можуть або стати Т-лімфоцитами, або В-лімфоцитами. Т і В-лімфоцити - клітини середнього розміру з великим ядром. В-лімфоцити стають плазматичними клітинами, які є клітинами середнього розміру з великим ядром. Інший варіант стовбурової клітини - стати мієлоїдною стовбуровою клітиною. Мієлоїдні стовбурові клітини йдуть одним з чотирьох шляхів. Один шлях веде до мегакаріоцитів, що призводить до тромбоцитів. Тромбоцити - це дрібні цятки. Другий шлях веде до еритроциту. Еритроцити - це невеликі червоні клітини у формі пончика. Третій шлях веде до огрядних клітин. Четвертий шлях веде до базофілу, нейтрофілу, еозинофілу або моноциту. Базофіли - середні клітини з безліччю темно-фіолетових плям. Нейтрофіли - середні рожеві клітини з багатолобковим ядром. Еозинофіли - клітини середнього розміру з безліччю рожевих плям. Моноцити призводять до макрофагів або дендритним клітинам. Макрофаги - великі клітини неправильної форми. Дендритні клітини мають довші сухожилля, що розгалужуються від них.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8909/OSC_Microbio_17_05_Hematopo.jpg)
![Таблиця сформованих елементів. Верхній ряд читає: сформований елемент, основні підтипи, числа, присутні на мікролітр і середнє значення, поява в стандартному мазку крові, резюме функцій та коментарі. Перший ряд - для еритроцитів (еритроцитів). На мікролітр крові припадає 5,2 млн (в діапазоні від 4,4 — 6 млн). Ці клітини являють собою сплющені двоувігнуті диски без ядра і блідо-червоного кольору. Їх функція полягає в транспортуванні кисню і деякої кількості вуглекислого газу між тканиною і легенями. Тривалість їх життя становить приблизно 120 днів. Безліч рядів класифікується під лейкоцити (лейкоцити). Лейкоцити як група № 7000 на мікролітр крові (в діапазоні від 5000-10 000). Лейкоцити мають явне темне ядро і функціонують в захисних силах організму. Вони виходять з капілярів і переміщаються в тканини. Тривалість їх життя зазвичай становить кілька годин або днів. Лейкоцити діляться на дві групи. Перший - це гранулоцити, включаючи нейтрофіли, еозинофіли та базофіли. Другий - агранулоцити, включаючи лімфоцити і моноцити. Гранулоцитів налічується 4300 на мікролітр крові (діапазон 1800-9950). Гранулоцити мають рясні гранули в цитоплазмі і ядро в нормі часткове. Гранулоцити функціонують в неспецифічній (вродженій) стійкості до захворювань і класифікуються за мембранозв'язаними гранулами в цитоплазмі. Нейтрофіли складають 50-70% від загальної кількості лейкоцитів і число 4150 на мікролітр крові (діапазон 1800-7300). Нейтрофіли мають ядро з частками, що збільшуються з віком і блідо-бузкові гранули. Вони фагоцитарні і особливо ефективні проти бактерій; вони виділяють токсичні хімічні речовини з гранул. Нейтрофіли - найпоширеніший лейкоцити з тривалістю життя від хвилин до днів. Еозинофіли складають 1-3% від загальної кількості лейкоцитів. Вони налічують 165 на мікролітр крові (діапазон 0 — 700). Еозинофіли мають ядро, яке, як правило, являє собою дволопатеві і яскраві червоно-помаранчеві гранули. Вони є фагоцитарними клітинами і особливо ефективні з комплексами антиген-антитіла. Еозинофіли виділяють антигістамінні препарати і підсилюють алергію, вони також допомагають боротися з паразитарними інфекціями. Еозинофіли мають тривалість життя від хвилин до днів. Базофіли становлять менше 1% від загальної кількості лейкоцитів. Вони налічують 44 на мікролітр крові (діапазон 0 - 150). Базофіли мають ядро, яке, як правило, є дволопатевим, але важко побачити через наявність важких, щільних, темно-фіолетових гранул. Базофіли сприяють запаленню і є найменш поширеним лейкоцитами. Тривалість їх життя невідома. Агранулоцитів (включаючи лімфоцити і моноцити) налічують 2640 на мікролітр крові (діапазон 1700 — 4900). Агранулоцити не мають рясних гранул в цитоплазмі і мають ядро простої форми, яке може бути з відступом. Вони функціонують в захисних силах організму і згруповані в два основних типи клітин з різних родовищ. Лімфоцити складають 20-40% від загальної кількості лейкоцитів і число 2185 на мікролітр крові (діапазон 1500-4000). Лімфоцити - це кулясті клітини з єдиним, часто великим, ядром, що займає значну частину обсягу клітини. Вони забарвлюються в фіолетовий колір і спостерігаються у великих (природні клітини-вбивці) і малих (В і Т-клітини) варіантах. Лімфоцити в першу чергу беруть участь в специфічному (адаптивному) імунітеті. Т-клітини безпосередньо атакують інші клітини (клітинний імунітет); природні клітини-кілери схожі на Т-клітини, але неспецифічні. Лімфоцити походять в кістковому мозку, але вторинна продукція відбувається в лімфатичній тканині. Кілька різних підтипів. Клітини пам'яті формуються після впливу збудника і швидко збільшують реакції на подальше опромінення. Тривалість життя багато років. Моноцити складають 1-6% від загальної кількості лейкоцитів. Вони налічують 455 на мікролітр крові (діапазон 200-950). Моноцити - це великі лейкоцити з відступом або підковоподібним ядром. Вони є дуже ефективними фагоцитарними клітинами, що поглинають патогени або зношені клітини, а також служать антиген-презентуючими клітинами (БТР) або іншими компонентами імунної системи. Моноцити виробляються в червоному кістковому мозку і називаються макрофагами та дендритними клітинами після виходу з кровообігу. Останній рядок таблиці призначений для тромбоцитів. Це число 350 000 на мікролітр крові (діапазон 150 000-500000). Тромбоцити - це клітинні фрагменти, оточені плазматичною мембраною і містять гранули. Вони забарвлюють фіолетовий колір. Функція тромбоцитів - гемостаз плюс вивільнення факторів росту для відновлення і загоєння тканин. Вони утворюються з мегакаріоцитів, які залишаються в червоному кістковому мозку і скидають тромбоцити в кровообіг.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8910/OSC_Microbio_17_05_FormElem.jpg)
гранулоцити
Різні типи гранулоцитів можна відрізнити один від одного в мазку крові за зовнішнім виглядом їх ядер та вмісту їх гранул, які надають різні риси, функції та властивості фарбування. Нейтрофіли, які також називають поліморфноядерними нейтрофілами (ПМН), мають ядро з трьома-п'ятьма частками і дрібними численними гранулами бузкового кольору. Кожна частка ядра з'єднана тонкою ниткою матеріалу з іншими частками. Еозинофіли мають менше часточок в ядрі (зазвичай 2-3) і більші гранули, які забарвлюють червонувато-оранжевий колір. Базофіли мають дволопатеве ядро і великі гранули, які забарвлюють темно-синій або фіолетовий колір (рис.\(\PageIndex{3}\)).
![Нейтрофіли мають багатолопатевий ядро. Еозинофіли мають дволопатевий ядро і виразні рожеві плями при фарбуванні. Базофіли мають дволопатеве ядро і виразні фіолетові плями при фарбуванні. Кожен вид гранулоцитів ілюструється мікрофотографією над ним.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8911/OSC_Microbio_17_05_GranTypes.jpg)
Нейтрофіли (ПМН)
Нейтрофіли (ПМН) часто беруть участь в ліквідації і знищенні позаклітинних бактерій. Вони здатні мігрувати через стінки судин в ділянки бактеріальної інфекції і пошкодження тканин, де шукають і вбивають інфекційні бактерії. Гранули ПМН містять різноманітні дефенсіни та гідролітичні ферменти, які допомагають їм знищувати бактерії за допомогою фагоцитозу (більш детально описано в розділі Розпізнавання патогенів та фагоцитоз). Крім того, коли багато нейтрофілів заносяться в інфіковану область, їх можна стимулювати до виділення токсичних молекули в навколишні тканини для кращого очищення інфекційних агентів. Це називається дегрануляцією.
Інший механізм, який використовують нейтрофіли, - це нейтрофільні позаклітинні пастки (НЕТС), які представляють собою екструдовані сітки хроматину, тісно пов'язані з білками і компонентами протимікробних гранул. Хроматин - це ДНК з асоційованими білками (зазвичай гістонові білки, навколо яких обгортається ДНК для організації та упаковки всередині клітини). Створюючи та випускаючи сітчасту або гратчасту структуру хроматину, яка поєднується з антимікробними білками, нейтрофіли можуть створити висококонцентровану та ефективну атаку проти сусідніх патогенів. Білки, часто пов'язані з НЕТ, включають лактоферин, желатиназу, катепсин G та мієлопероксидазу. Кожен має різні засоби, що сприяють протимікробній активності, допомагаючи нейтрофілам усунути хвороботворні мікроорганізми. Токсичні білки в НЕТК можуть вбити деякі власні клітини організму разом із вторгненням патогенів. Однак цей побічний збиток може бути відремонтований після усунення небезпеки інфекції.
Оскільки нейтрофіли борються з інфекцією, може спостерігатися видиме скупчення лейкоцитів, клітинного сміття, бактерій в місці зараження. Це накопичення - це те, що ми називаємо гноєм (також відомий як гнійні або гнійні виділення або дренаж). Наявність гною є ознакою того, що імунний захист був активований проти інфекції; історично деякі лікарі вважали, що індукування утворення гною може насправді сприяти загоєнню ран. Практика пропаганди «похвального гною» (наприклад, шляхом обгортання рани жирною шерстю, змоченою у вині) сходить до стародавнього лікаря Галена у II столітті нашої ери, і практикувалася у варіантних формах до 17 століття (хоча це не було загальноприйнятим). Сьогодні цей метод більше не практикується, оскільки ми тепер знаємо, що він неефективний. Хоча невелика кількість утворення гною може свідчити про сильну імунну відповідь, штучно індукування утворення гною не сприяє одужанню.
еозинофіли
Еозинофіли - гранулоцити, які захищають від найпростіших і гельмінтів; вони також відіграють роль в алергічних реакціях. Гранули еозинофілів, які легко поглинають кислий червонуватий барвник еозин, містять гістамін, деградаційні ферменти та з'єднання, відоме як основний основний білок (MBP) (рис.\(\PageIndex{3}\)). МБП зв'язує з поверхневими вуглеводами паразитів, і це зв'язування пов'язане з порушенням клітинної мембрани і проникності мембрани.
базофіли
Базофіли мають цитоплазматичні гранули різноманітного розміру і названі за здатність їх гранул поглинати основний барвник метиленовий синій (рис.\(\PageIndex{3}\)). Їх стимуляція та дегрануляція можуть бути наслідком множинних ініціюючих подій. Активовані фрагменти комплементу C3a і C5a, що виробляються в каскадах активації білків комплементу, діють як анафілатоксини, індукуючи дегрануляцію базофілів і запальні реакції. Цей тип клітин важливий при алергічних реакціях та інших реакціях, які пов'язані із запаленням. Одним з найбільш поширених компонентів гранул базофілу є гістамін, який виділяється разом з іншими хімічними факторами при стимуляції базофілу. Ці хімічні речовини можуть бути хемотаксичними і можуть допомогти відкрити проміжки між клітинами кровоносних судин. Інші механізми спрацьовування базофілів вимагають допомоги антитіл, як обговорюється в В-лімфоцитах та гуморальному імунітеті.
огрядні клітини
Кровотворення також породжує огрядні клітини, які, здається, походять з тієї ж загальної мієлоїдної клітини-попередника, що і нейтрофіли, еозинофіли та базофіли. Функціонально огрядні клітини дуже схожі на базофіли, що містять багато однакових компонентів у своїх гранулах (наприклад, гістамін) і відіграють подібну роль в алергічних реакціях та інших запальних реакціях. Однак, на відміну від базофілів, огрядні клітини залишають циркулюючу кров і найчастіше зустрічаються в тканині. Вони часто пов'язані з кровоносними судинами і нервами або знаходять близько до поверхонь, які сполучаються із зовнішнім середовищем, таких як шкіра та слизові оболонки в різних областях тіла (рис.\(\PageIndex{4}\)).
![а) огрядні клітини в крові. Огрядні клітини - це великі фіолетові клітини, еритроцити - дрібні рожеві клітини з прозорим центром. б) огрядні клітини поза кров'ю.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8912/OSC_Microbio_17_05_mastcells.jpg)
Вправа\(\PageIndex{1}\)
- Опишіть гранули і ядра нейтрофілів, еозинофілів, базофілів і огрядних клітин.
- Назвіть три протимікробні механізми нейтрофілів
Клінічна спрямованість: Частина 3
Тести Анжели повертаються негативними для всіх поширених алергенів, а її зразки мокротиння не містять аномальної присутності патогенних мікробів або підвищеного рівня членів нормальної дихальної мікробіоти. Однак у неї підвищений рівень запальних цитокінів у крові.
Набряк її дихальних шляхів досі не реагував на лікування антигістамінними препаратами або кортикостероїдами. Додаткова робота крові показує, що Анжела має злегка підвищений рівень лейкоцитів, але нормальний рівень антитіл. Також у неї нижчий, ніж в нормі, рівень білка комплементу С4.
Вправа\(\PageIndex{2}\)
- Що ця нова інформація розкриває про причину звужених дихальних шляхів Анжели?
- Які можливі умови, які можуть призвести до низького рівня білків комплементу?
Агранулоцити
Як випливає з назви, у агранулоцитів відсутні видимі гранули в цитоплазмі. Агранулоцити можна класифікувати як лімфоцити або моноцити (рис.\(\PageIndex{2}\)). Серед лімфоцитів є природні клітини-кілери, які відіграють важливу роль у неспецифічних вроджених імунних захисних силах. Лімфоцити також включають В-клітини та Т-клітини, про які йдеться у наступному розділі, оскільки вони є центральними гравцями специфічного адаптивного імунного захисту. Моноцити диференціюються на макрофаги та дендритні клітини, які в сукупності іменуються системою мононуклеарних фагоцитів.
Природні клітини-вбивці
Більшість лімфоцитів в першу чергу беруть участь у специфічній адаптаційній імунній відповіді, і, таким чином, буде розглянуто в наступному розділі. Винятком є природні клітини-кілери (NK-клітини); ці мононуклеарні лімфоцити використовують неспецифічні механізми для розпізнавання та знищення клітин, які певним чином є аномальними. Ракові клітини та клітини, заражені вірусами, є двома прикладами клітинних аномалій, які націлені на клітини NK. Розпізнавання таких клітин передбачає складний процес виявлення інгібуючих і активуючих молекулярних маркерів на поверхні клітини-мішені. Молекулярні маркери, що складають основний комплекс гістосумісності (MHC), виражаються здоровими клітинами як вказівка на «себе». Про це буде більш детально розглянуто в наступному розділі. NK-клітини здатні розпізнавати нормальні маркери MHC на поверхні здорових клітин, і ці MHC-маркери служать інгібуючим сигналом, що запобігає активації клітин NK. Однак ракові клітини та заражені вірусом клітини активно зменшують або усувають експресію маркерів MHC на їх поверхні. Коли ці маркери MHC зменшуються або відсутні, NK-клітина інтерпретує це як аномалію та клітину, яка перебуває в біді. Це одна частина процесу активації клітин NK (рис.\(\PageIndex{5}\)). NK-клітини також активуються шляхом зв'язування з активуючими молекулярними молекулами на клітині-мішені. Ці активуючі молекулярні молекули включають «змінене себе» або «несамоврядування» молекули. Коли NK-клітина розпізнає зменшення інгібуючих нормальних молекул MHC та збільшення активуючих молекул на поверхні клітини, NK-клітина буде активована для усунення клітини, яка перебуває в дистресі.
![NK-клітини мають як інгібуючі, так і активуючі рецептори. Нормальні клітини мають сигнали на своїх молекулах MHC, які зв'язуються з інгібуючими рецепторами; тому NK-клітина їх не вбиває. Клітини, заражені вірусом, мають ліганди, які зв'язуються з активуючим рецептором; це призводить до того, що NK-клітина вбиває їх.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8913/OSC_Microbio_17_05_NaturalBor.jpg)
Після того, як клітина була визнана мішенню, NK-клітина може використовувати кілька різних механізмів, щоб убити свою ціль. Наприклад, він може експресувати цитотоксичні мембранні білки та цитокіни, які стимулюють клітину-мішень до апоптозу або контрольованого самогубства клітин. NK-клітини також можуть використовувати перфорін-опосередковану цитотоксичність для індукування апоптозу в клітинах-мішенях. Цей механізм спирається на два токсини, що виділяються з гранул в цитоплазмі клітини NK: перфорін, білок, який створює пори в клітині-мішені, і гранзими, протеази, які потрапляють через пори в цитоплазму клітини-мішені, де вони запускають каскад активації білка, що призводить до апоптозу. Клітина NK зв'язується з аномальною клітиною-мішенню, звільняє її руйнівну корисне навантаження та від'єднується від клітини-мішені. У той час як клітина-мішень піддається апоптозу, NK-клітина синтезує більше перфоріну та протеаз для використання на наступній цілі.
NK-клітини містять ці токсичні сполуки в гранулах в своїй цитоплазмі. При фарбуванні гранули азурофільні і можуть бути візуалізовані під світловим мікроскопом (рис.\(\PageIndex{6}\)). Незважаючи на те, що вони мають гранули, NK-клітини не вважаються гранулоцитами, оскільки їх гранули набагато менш численні, ніж ті, що містяться в справжніх гранулоцитах. Крім того, NK-клітини мають інший рід, ніж гранулоцити, що виникають з лімфоїдних, а не мієлоїдних стовбурових клітин (рис.\(\PageIndex{1}\)).
![Багато еритроцитів з однією більшою клітиною. Більша клітина рожева з фіолетовою областю, яка заповнює майже всю клітинку. Фіолетова область позначена перфорінсодержащімі гранулами.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8914/OSC_Microbio_17_05_Nkgranul.jpg)
Моноцити
Найбільші з лейкоцитів, моноцити мають ядро, в якому відсутні частки, а також їм не вистачає гранул в цитоплазмі (рис.\(\PageIndex{7}\)). Тим не менш, вони є ефективними фагоцитами, поглинаючи хвороботворні мікроорганізми і апоптотичні клітини, щоб допомогти боротися з інфекцією.
Коли моноцити залишають кровотік і потрапляють в певну тканину організму, вони диференціюються на тканинно-специфічні фагоцити, звані макрофагами і дендритними клітинами. Вони особливо важливі мешканці лімфоїдної тканини, а також нелімфоїдних ділянок і органів. Макрофаги і дендритні клітини можуть перебувати в тканині організму протягом значних відрізків часу. Макрофаги в конкретних тканині організму розвивають характеристики, придатні для конкретної тканини. Вони не тільки забезпечують імунний захист тканини, в якій вони проживають, але й підтримують нормальну функцію сусідніх клітин тканини через вироблення цитокінів. Макрофагам дано тканинно-специфічні назви, а кілька прикладів тканинно-специфічних макрофагів наведені в табл\(\PageIndex{1}\). Дендритні клітини є важливими дозорними, що мешкають в шкірі та слизових оболонках, які є порталами проникнення багатьох патогенів. Моноцити, макрофаги та дендритні клітини є високофагоцитарними та важливими промоторами імунної відповіді через їх вироблення та вивільнення цитокінів. Ці клітини забезпечують істотний міст між вродженими та адаптивними імунними реакціями, як обговорюється в наступному розділі, а також у наступному розділі.
![Моноцити - це великі клітини з великим фіолетовим ядром. Існує їх скупчення в області менших еритроцитів. ПМН також видно з темним багатолопатевим ядром. Макрофаги - це великі клітини з певним ядром.](https://bio.libretexts.org/@api/deki/files/8915/OSC_Microbio_17_05_monomacro.jpg)
Тканина | Макрофаг |
---|---|
Мозок і центральна нервова система | мікрогліальні клітини |
Печінка | Купферні клітини |
Легені | Альвеолярні макрофаги (пилові клітини) |
Порожнина очеревини | Перитонеальні макрофаги |
Вправа\(\PageIndex{3}\)
- Опишіть сигнали, які активують природні клітини-кілери.
- У чому різниця між моноцитами і макрофагами?
Ключові поняття та резюме
- До формених елементів крові відносяться еритроцити (еритроцити), лейкоцити (лейкоцити), тромбоцити (тромбоцити). З них лейкоцити в першу чергу беруть участь в імунній відповіді.
- Всі сформовані елементи походять в кістковому мозку у вигляді стовбурових клітин (HSC), які диференціюються через кровотворення.
- Гранулоцити - це лейкоцити, що характеризуються частковим ядром і гранулами в цитоплазмі. До них відносяться нейтрофіли (ПМН), еозинофіли, базофіли.
- Нейтрофіли - це лейкоцити, що знаходяться в найбільшій кількості в крові, і вони в першу чергу борються з бактеріальними інфекціями.
- Еозинофіли націлені на паразитарні інфекції. Еозинофіли і базофіли беруть участь в алергічних реакціях. Обидва вивільняють гістамін та інші прозапальні сполуки зі своїх гранул при стимуляції.
- Огрядні клітини функціонують аналогічно базофілам, але їх можна знайти в тканині поза кровотоком.
- Природні клітини-кілери (NK) - це лімфоцити, які розпізнають і вбивають аномальні або інфіковані клітини, вивільняючи білки, які викликають а
- Моноцити - це великі мононуклеарні лейкоцити, які циркулюють в крові. Вони можуть покинути кровотік і займати місце проживання в тканині організму, де вони диференціюються і стають тканинно-специфічними макрофагами і дендритними клітинами.