Fagocitoza este unul dintre cele mai elementare și, în același timp, cele mai eficiente mecanisme de apărare ale corpului uman. Funcționarea corectă a procesului de fagocitoză este o componentă esențială a unui răspuns imun adecvat. Aflați ce este exact fagocitoza, cum funcționează fagocitoza, de ce este necesară fagocitoza și ce efecte pot avea tulburările fagocitozei?
Fagocitoza este atunci când agenții patogeni, fragmentele de celule moarte și particulele minuscule sunt absorbite de celulele specializate numite fagocite. Fagocitoza poate fi comparată cu „curățarea” la nivel celular - permite celulelor să scape de elemente inutile sau periculoase.
Cuprins:
- Ce este fagocitoza?
- Rolul fagocitozei în organism
- Ce celule au capacitatea de a fagocita?
- Fagocitoza - tipuri
- fagocitoză spontană (așa-numita nativă)
- a facilitat fagocitoza
- Fagocitoza - etape
- Fagocitoza - și ce urmează?
- Modalități de evitare a fagocitozei de către microorganisme
- Tulburări de fagocitoză
- Boala granulomatoasă cronică
- Sindromul Chediak-Higashi
Ce este fagocitoza?
Fagocitoza este un proces biologic în care particulele străine sunt absorbite de celulă. Fenomenul fagocitozei este comun în multe organisme vii - cele mai primitive (de exemplu protozoare) folosesc fagocitoza ca modalitate de a lua alimente din mediul extern.
La om, capacitatea de a fagocita este utilizată în primul rând de celulele sistemului imunitar.
Fagocitoza aparține mecanismelor imunității înnăscute sau nespecifice. Prin urmare, procesul de fagocitoză este una dintre primele linii de apărare de bază ale corpului nostru. Pe lângă rolul său în sistemul imunitar, fagocitoza are o mare importanță în menținerea homeostaziei țesuturilor (sau a echilibrului).
Fagocitoza permite îndepărtarea celulelor moarte și deteriorate ale corpului propriu al corpului, ceea ce la rândul său permite regenerarea și reconstrucția eficientă a tuturor țesuturilor.
Fagocitoza este unul dintre tipurile de endocitoză, adică transferul moleculelor din mediul extern în interiorul celulei. În fagocitoză, particulele solide sunt absorbite: celula fagocitară le înconjoară mai întâi cu un fragment din propria membrană celulară și apoi o atrage în interior. Aceasta creează o veziculă care conține o particulă absorbită, numită fagozom.
Conținutul de fagozomi este apoi digerat cu o varietate de substanțe chimice și enzime. Întregul proces seamănă cu „consumul” de particule de către celulă, care se reflectă și în termenul de fagocitoză.
Numele provine din grecescul phagein, care înseamnă „a mânca, a devora”.
Fagocitoza are loc tot timpul în corpul nostru - miliarde de fagocite „mănâncă” în mod constant microorganisme periculoase, fragmente de celule moarte sau particule inutile. Este un proces obișnuit, deși extrem de complicat.
Recunoașterea corectă a țintei de către celula fagocitară și interacțiunea corectă între fagocit și ținta „atacului” necesită colaborarea continuă a unei varietăți de proteine, molecule de semnalizare, anticorpi și celule ajutătoare.
Rolul fagocitozei în organism
Nu este greu de ghicit că aplicația de bază a procesului de fagocitoză este apărarea corpului nostru împotriva agenților patogeni. Pătrunderea unui agent infecțios în corp începe o cascadă de semnale pentru a „apela” celulele fagocitare la locul infecției.
Începe inflamația acută, al cărei rol este de a neutraliza agentul patogen. Fagocitele curg către leziune odată cu sângele, fiind unul dintre cele mai importante mecanisme ale răspunsului imun primar. La locul inflamației, fagocitele „mănâncă” atât agenți patogeni, cât și celulele deteriorate de aceștia.
În cursul infecției, există un alt tip de fagocitoză foarte important. Este așa-numita eferocitoză.
Procesul de eferocitoză implică înghițirea celulelor pe moarte pe măsură ce inflamația dispare. Odată ce fagocitele și-au îndeplinit funcția și au eliminat agenții patogeni, acestea devin inutile.
Apoi mor natural, urmată de eferocitoză sau „curățarea câmpului de luptă”. Acest tip de fagocitoză reduce inflamația și permite organismului să revină la starea de preinfecție.
În acest moment, merită subliniat faptul că moartea celulelor din corpul nostru este un proces continuu, nu numai ca urmare a infecției. Fiecare celulă are o durată de viață specifică, după care moare și este înlocuită cu una nouă. Procesul morții celulare programate se numește apoptoză.
Apoptoza este un fenomen natural care permite țesuturilor noastre să se reînnoiască constant. Pentru ca celulele pe moarte să fie înlocuite cu noile lor omologi, acestea trebuie mai întâi curățate. După cum puteți ghici cu ușurință, aceasta este și sarcina fagocitelor.
Celulele apoptotice (pe moarte) emit semnale speciale pe suprafața membranelor celulare, care permit recunoașterea și neutralizarea lor de către fagocite.
În acest caz, fagocitoza apare fără inflamație. Deci, vedem că fagocitoza nu este doar o metodă de apărare împotriva microorganismelor străine, ci și un proces care permite dezvoltarea, reconstrucția și reînnoirea tuturor țesuturilor.
Ce celule au capacitatea de a fagocita?
Celulele capabile să efectueze fagocitoză se numesc fagocite. În funcție de eficiența și eficacitatea fagocitozei, distingem așa-numitele fagocite profesionale și neprofesionale.
Fagocitele neprofesionale se ocupă de fagocitoză „ocazional” - acest proces nu este sarcina lor principală. Uneori, totuși, există particule / fragmente de celule moarte în vecinătatea acestor celule care necesită curățare.
Apoi prezintă o anumită activitate fagocitară, deși în comparație cu fagocitele profesionale, este semnificativ limitată și mai puțin eficientă. Multe tipuri de celule sunt clasificate ca fagocite neprofesionale, incl. celulele epiteliale, unele celule ale țesutului conjunctiv, precum și endoteliul vascular.
Fagocitele profesionale sunt principalele celule responsabile de fagocitoza din corpul nostru. Dintre acestea, distingem în principal neutrofile, monocitele și macrofagele. Aceste celule aparțin familiei leucocitelor sau globulelor albe din sânge, care îndeplinesc în principal funcții imune. Toate cele trei tipuri de fagocite profesionale sunt specializate în fagocitoză, deși fiecare o conduce ușor diferit.
Neutrofilele sunt principalele celule responsabile de dezvoltarea inflamației acute. În circumstanțe normale, neutrofilele circulă cu sângele pe tot corpul. Când începe o infecție, aceste celule se grupează imediat în centrul bolii. Fagocitoza mediată de neutrofile este rapidă și intensă: aceste celule au o mare varietate de moduri de a inactiva agenții patogeni absorbiți.
Monocitele, la fel ca neutrofilele, circulă în fluxul sanguin, cu toate acestea, pot părăsi fluxul sanguin și coloniza diferite țesuturi. Monocitele mature se transformă apoi în macrofage tisulare. Fagocitoza mediată de macrofage este mai puțin rapidă și mult mai lentă. Macrofagele sunt principalul fond de celule care se găsesc în locurile de inflamație cronică.
Fagocitoza - tipuri
Fagocitoza este un proces complicat care depinde de tipul de celulă fagocitară, de obiectul care suferă fagocitoză și de multe molecule intermediare. Există două căi de bază ale fagocitozei:
- fagocitoză spontană (așa-numita nativă)
Este o fagocitoză relativ lentă, care este rareori implicată în răspunsul antimicrobian. Rolul fagocitozei spontane este de a îndepărta celulele moarte și de a „curăța” elementele inutile din țesuturi. Pentru a iniția fagocitoza spontană, este necesară stimularea așa-numitei „receptori scavenger” prezenți în primul rând pe macrofage. Acest tip de fagocitoză are un caracter antiinflamator.
- a facilitat fagocitoza
Fagocitoza facilitată este mult mai rapidă și mai eficientă decât fagocitoza spontană. Ca urmare, este extrem de eficient în distrugerea agenților patogeni. Pentru ca procesul de fagocitoză să aibă loc atât de intens, este necesar - așa cum sugerează și numele - unele facilități.
Cum pot fagocitele să le faciliteze activitatea? Una dintre cele mai frecvente metode este „marcarea” specifică a obiectelor care ar trebui eliminate. Acest proces se numește opsonizare.
Esența opsonizării este atașarea anumitor molecule la suprafața microorganismului. Acest agent „marcat” este rapid vizat și distrus de celulele alimentare. Moleculele care permit opsonizarea se numesc opsonine. Acestea sunt în principal anticorpi și componente ale așa-numitelor sistemul complementului.
Opsoninele recunosc în mod eficient agenții patogeni, îi marchează și astfel facilitează în mod semnificativ evoluția procesului de fagocitoză.
Fagocitoza - etape
Știm deja ce celule, când și de ce, se ocupă de fagocitoză. Deci, să încercăm să urmărim îndeaproape acest proces:
1. Activarea și afluxul de fagocite la locul infecției
Pătrunderea microorganismului în organism determină stimularea imediată a sistemului imunitar. Celulele din poarta infecției încep să trimită un semnal al unei amenințări existente.
Moleculele mesager (în principal așa-numitele citokine pro-inflamatorii) sunt răspândite în fluxul sanguin. În acest fel, fagocitele „învață” că s-au infectat și s-au activat.
Fagocitele activate ajung la locul infecției cu sângele. Afluxul eficient de fagocite către locația corectă este posibil datorită așa-numitelor chimiotaxie. Este un proces de mișcare direcționată a celulei sub influența semnalelor chimice.
Fagocitele active au, de asemenea, capacitatea de a trece prin pereții vaselor de sânge, creând un infiltrat inflamator la locul infecției.
2. Recunoașterea agentului patogen
Când fagocitele ajung la locul infecției, încep să recunoască agenții patogeni. Acest proces este adesea facilitat de alte molecule (a se vedea secțiunea 4 pentru fagocitoza facilitată). Fiecare fagocit are pe suprafața membranei sale celulare așa-numitul receptori, adică proteine care permit recunoașterea diferitelor molecule.
Când receptorii responsabili de recunoașterea microorganismelor sunt stimulați, fagocitul se leagă strâns de ținta atacului său.
3. Absorbția agentului patogen
Fagocitul „lipit” de agentul patogen începe procesul de absorbție a acestuia. Membrana celulară fagocitară începe să înconjoare agentul patogen, „urcând” marginile acestuia. Aceasta creează o veziculă care conține microorganismul. Această vezicula, numită fagozom, se află acum în interiorul celulei fagocitare. Pentru a face pe deplin microorganismul inofensiv, este necesar să distrugeți conținutul fagozomului.
Digestia conținutului de fagomi
Pentru ca conținutul fagozomului să fie digerat, este necesar să se livreze enzime digestive în interiorul acestuia. Astfel de enzime sunt stocate în vezicule speciale numite lizozomi.
Ultima etapă a fagocitozei necesită, prin urmare, combinarea conținutului lizozomilor cu conținutul fagozomului - așa se numește așa-numitul fagolizozom.
Enzimele din lizozomi pot descompune substanțele chimice cele mai complexe, distrugând microorganismul. Eliminarea unui agent patogen cu participarea enzimelor digestive se numește independent de oxigen.
După cum puteți ghici cu ușurință, există și eliminarea dependentă de oxigen. Este mult mai rapid și mai eficient, dar numai unele fagocite o pot face. Eliminarea dependentă de oxigen are loc numai în celulele capabile să genereze așa-numitul „explozie de oxigen”.
O explozie de oxigen este o eliberare bruscă de specii de oxigen foarte reactive (de exemplu, peroxid de hidrogen), care are un puternic efect antimicrobian. O explozie de oxigen începe o serie de reacții chimice care duc la eliminarea rapidă a agenților patogeni. Distrugerea microbilor dependentă de oxigen este caracteristică în primul rând neutrofilelor.
Fagocitoza - și ce urmează?
Procesul de fagocitoză se încheie cu digestia conținutului de fagozomi din interiorul celulei. Ce se întâmplă lângă resturile din particulele distruse? Celula fagocitară scapă de majoritatea produselor inutile pur și simplu „aruncându-le” afară. Cu toate acestea, o parte din materialul rămas după digestie poate fi foarte util.
Unele fagocite joacă, de asemenea, alte roluri în sistemul imunitar. Un bun exemplu sunt macrofagele, care pe lângă fagocitoză, se ocupă și de așa-numitele prezentarea antigenelor. Prezentarea antigenului se bazează pe prezentarea altor fragmente de celule imune de microorganisme distruse.
După sfârșitul fagocitozei agentului patogen, macrofagul expune o parte din materialul fagocitat la suprafața sa și apoi „călătorește” cu el în tot corpul.
Fiecare celulă a sistemului imunitar pe care o întâlnește „învață” cum să recunoască un agent patogen specific. Acest fenomen este extrem de important în construirea unor mecanisme eficiente de apărare antimicrobiană.
De asemenea, merită să știm că procesul de fagocitoză nu se termină întotdeauna cu distrugerea finală a microorganismului. Există agenți patogeni care pot supraviețui în interiorul fagozomilor datorită mecanismelor de apărare special dezvoltate. Un bun exemplu sunt bacilii tuberculozei care pot supraviețui în macrofage mulți ani.
Modalități de evitare a fagocitozei de către microorganisme
Fagocitoza ca mijloc de eliminare a „adversarilor biologici” este un mecanism foarte vechi. Din acest motiv, unele microorganisme au reușit să evolueze modalități de a evita sau supraviețui fagocitozei. Iată exemplele lor:
- uciderea fagocitelor
Cel mai simplu mod de a evita fagocitoza pare să fie neutralizarea celulei care o provoacă. Unele microorganisme au capacitatea de a produce substanțe care afectează ireversibil fagocitele. Un exemplu de astfel de agent patogen este stafilococul auriu (latină. Staphylococcus aureus), producând toxine care, prin distrugerea membranelor celulare ale fagocitelor, le provoacă moartea.
- stingerea răspunsului inflamator
Inflamația de la poarta infecției facilitează transmiterea unui semnal de infecție. Datorită acestuia, este posibilă activarea și sosirea fagocitelor în locația corectă. Există agenți patogeni care se pot masca în așa fel încât să nu fie recunoscuți de sistemul imunitar al gazdei și să evite provocarea inflamației.
- evitând opsonizarea
Opsonizarea sau „marcarea” specială a agenților patogeni este una dintre cele mai eficiente modalități de facilitare a fagocitozei. Nu este de mirare că microbii încearcă să o evite. Unele tulpini de stafilococi pot distruge opsoninele sau le pot ascunde pe suprafața lor.
- evitând recunoașterea fagocitelor
Pentru a începe fagocitoza, este necesar să recunoaștem nocivitatea unui microorganism dat de către fagocit. Anumiți agenți patogeni, cum ar fi spirochete Treponema pallidum cauzează sifilisul se poate atașa la suprafața lor antigene similare celulelor gazdă. Apoi, sistemul imunitar le recunoaște ca fiind proprii, ceea ce permite agenților patogeni să evite fagocitoza.
- blocarea producției de fagomi
Una dintre etapele cheie ale fagocitozei este înconjurarea microorganismului atacat cu o veziculă, care este apoi absorbită în celulă. Cu toate acestea, în natură există multe modalități de a o evita. Unii microbi produc substanțe care descompun peretele fagozomului. Un mecanism diferit este folosit de bățul de ulei albastru (Pseudomonas aeruginosa). Această bacterie produce un strat alunecos (biofilm) în jurul său, care împiedică formarea unei bule.
- supraviețuirea în interiorul fagocitului
Fagolizozomul devine habitatul final al agenților patogeni în timpul fagocitozei. Mediul său este extrem de ostil; este plin de enzime și substanțe letale. Cu toate acestea, microorganismele pot dezvolta mecanisme care le permit să supraviețuiască chiar și în condiții atât de dificile. Un exemplu este tuberculoza (Mycobacterium tuberculosis). Această bacterie a dezvoltat o anumită membrană celulară cu un conținut foarte ridicat de lipide care nu este afectată de enzimele digestive standard.
- evadează din fagosom
Oricât de incredibil pare să scape de fagozom, există într-adevăr microbi care au dezvoltat un mecanism de apărare atât de inteligent. Listeria monocytogenes produce substanțe care pot distruge peretele fagozomului. Mai mult, acest agent patogen, după ce a scăpat din fagozom, se poate multiplica în interiorul fagocitului și, de asemenea, poate ieși mai departe dincolo de limitele sale.
Tulburări de fagocitoză
Un proces de fagocitoză care funcționează corespunzător este de o importanță fundamentală pentru funcționarea eficientă a sistemului imunitar. Tulburările din anumite etape de fagocitoză stau la baza bolilor de imunodeficiență. Exemple de astfel de condiții sunt:
- Boala granulomatoasă cronică
Cauza bolii granulomatoase cronice este o tulburare a fagocitozei în stadiul generării unei explozii de oxigen. Lipsa unei enzime adecvate (așa-numita NADPH oxidază) împiedică formarea speciilor reactive de oxigen, ceea ce la rândul său nu permite o eliminare rapidă și eficientă a microorganismelor.
Afectarea enzimei este genetică, deci nu există încă un tratament cauzal al bolii. Boala granulomatoasă cronică determină infecții frecvente și formarea de abcese și granuloame datorită sistemului ineficient de eliminare a agentului patogen intracelular.
Citește și: Granulomatoza lui Wegener: cauze, simptome și tratament
- Sindromul Chediak-Higashi
În sindromul Chediak-Higashi, există un defect al fagocitozei în stadiul conexiunii fagozom-lizozom. O mutație genetică a uneia dintre proteine împiedică transferul enzimelor digestive la vezicula care conține agentul patogen, prevenind astfel eliminarea acestuia.
Pe lângă o afectare semnificativă a imunității, albinismul și tulburările sistemului nervos sunt caracteristice și pentru sindromul Chediak-Higashi.
Bibliografie:
- „Fagocitoza: un proces fundamental în imunitate” C. Rosales, E. Uribe-Querol, Biomed Res Int. 2017
- „Controlul fagocitozei de către agenții patogeni microbieni” de C. Rosales, E. Uribe-Querol Front Immunol. 2017
- „Immunologia” K.Bryniarski, Edra Urban & Partner Wrocław 2017, prima ediție
- „Fagocitoza: un proces imunobiologic” S. Gordon, Imunitate, revizuire, volumul 44, numărul 3, P463-475, 15 martie 2016
Citiți mai multe articole ale acestui autor
