Биохимическая активность фагоцитов в процессе фагоцитоза
В силу своего важнейшего значения фагоцитоз продолжает привлекать внимание представителей различных биологических дисциплин.
За последние годы получены новые данные о механизме фагоцитоза.
Это связано с разработкой новых методов определения фагоцитарной активности клеток.
Из числа этих методов прежде всего следует назвать способы определения не только поглотительной, но и переваривающей способности фагоцитов (Берман, Славская, Шихалеева).
Было показано, что фагоциты, полученные из брюшной полости не только хорошо фагоцитируют вне организма, но и представляют удобный объект для биохимического, цитохимического и цитологического изучения (Гинсбург, Маслова, Здродовский, Брауде, Завеягина, Cohn, Zanvil, Benson).
Принципиально новые предпосылки для анализа механизма фагоцитоза созданы современными представлениями о субмикроскопической организации клеток и о функциональном значении их отдельных структурных компонентов.
Для разработки наиболее рациональной и эффективной терапии инфекционных заболеваний существенное значение имеет вопрос о влиянии широко применяемых антибиотиков на защитные механизмы в организме, в том числе и фагоцитоз.
Всесторонняя оценка функционально – морфологических изменений фагоцитов возможна лишь на основании совокупности результатов полученных при сочетании ряда методов исследований.
Большую ценность с этой точки зрения представляет изучение взаимосвязи фагоцитарной активности фагоцитов с активностью их ферментов.
Новейшие методики позволили установить связь клеточных структур с их функциональными свойствами.
Большинство авторов приходят к заключению, что появление специфической зернистости в гранулоцитах обуславливает приобретение ими определенных функциональных свойств, в частности способности вырабатывать ряд ферментов, необходимых для осуществления основной функции нейтрофилов – фагоцитоза (Лукомская, Михеев, Штраус, de Duve, Cohn, Weiner, Hirsch, Archer).
Основной ролью лейкоцитов является защита организма от инфекции.
Основные функции фагоцитов осуществляются благодаря наличию в них многих ферментов.
Переваривание поглощенных микробов возможно только благодаря активности ферментов в фагоцитарной клетке.
По своим ферментативным свойствам нейтрофилы выделяются из всей группы лейкоцитов.
В них обнаружено много ферментов – амилаза, липаза, протеолитические ферменты, каталаза, пероксидаза, дегидрогеназы, фосфатаза, глюкуронидаза и др.
Обилие разнообразных ферментов в фагоцитах свидетельствует об их высокой активности и о значительной роли, которую они играют в защите макроорганизма.
Способность к фагоцитозу у фагоцитов – лейкоцитов начинает проявляться со стадии миелоцита и по мере созревания фагоцитарная активность их нарастает, достигая максимума в сегментоядерных формах.
Фагоцитарная активность изменяется при определенных условиях (инфекциях, воспалительных процессах, физическом напряжении, иммунизации, антибиотико- и химиотерапии, облучении, йодной, белковой, витаминной недостаточности и пр.).
Сочетанное изучение фагоцитарной и метаболической активности клеток приобретает особой значение в связи с предупреждением и ликвидацией патологического процесса.
Исследованиями многих авторов было показано изменение метаболической активности фагоцитов в процессе их фагоцитарной функции.
Cohn and Weiner в опытах in vitro было изучено изменение ферментативной активности микро- и макрофагов в процессе фагоцитоза убитых E.coli.
Авторы наблюдали увеличение количества гидролитических ферментов в фагоцитировавших клетках.
Аналогичные результаты были получены этими авторами при изучении фагоцитоза нейтрофилами и макрофагами Bac.subtilis, St.aureus, Salm.typhimurium.
Danneuberg, Walter, Kapral наблюдали увеличение активности кислой и щелочной фосфатаз, эстераз и сукциатдегидрогеназы у нейтрофилов и альвеолярных макрофагов, фагоцитировавших дрожжи и эритроциты.
Яновская у спортсменов, работающих на выносливость, отмечала снижение фагоцитарной активности с одновременным снижением активности пероксидазы и снижения гликогена по мере нарастания напряженности.
Изучение углеводного обмена лейкоцитов и их фагоцитарной активности при экспериментальном диабете показало, что у животных при экспериментальном диабете наступает ослабление фагоцитарной активности лейкоцитов перитонеального экссудата крыс как in vivo, так и in vitro.
Синтез гликогена затормаживается, количественное содержание его уменьшается, активность щелочной фосфатазы лейкоцитов ингибируется.
У больных лимфолейкозом Морозова, Шевченко, Трусова, Бектемирова, Федорова наблюдали понижение активности сукцинатдегидрогеназы, в то время как активность неспецифических эстераз, пероксидазы кислой и щелочной фосфатаз была достаточно высокой.
Фагоцитарная активность при этом у больных лимфолейкозом была такой же, как и у здоровых.
Крыжановская, Пылаева, Лазарева изучали фагоцитарную и фосфатазную активность нейтрофилов в динамике у больных с тяжелыми ожогами, а также в лейкоцитах определяли накопление гликогена.
Результаты наблюдений показали, что уже в первые дни после ожога отмечалось повышение активности кислой фосфатазы.
По мере восстановления кожного покрова число нейтрофилов, содержащих ферменты в повышенном количестве, снижалось.
Переваривающая способность фагоцитов при этом была угнетена на фоне резкого увеличения поглотительной способности нейтрофилов.
С ухудшением состояния больного содержание гликогена уменьшалось. Авторы считают, что угнетение переваривающей способности фагоцитов обусловлено угнетением активности лизосомальных ферментов.
О неодинаковом исходе фагоцитоза при различном состоянии лизосом указывает Брауде.
Проведенные исследования показали, что переваривающая способность макрофагов в отношении E.coli and St.aureus выше при ненарушенном состоянии лизосом, чем при экспериментально вызванной их недостаточности.
Наджмитдиов, Цыпкина, Белогурова изучали фагоцитарную и биохимическую активность лейкоцитов у больных дизентерией.
Результаты их наблюдений показали, что активность щелочной фосфатазы, пероксидазы, цитохромоксидазы и содержание гликогена в лейкоцитах крови, фагоцитарная активность нейтрофилов у больных острой бактериальной дизентерией были повышены.
На фоне обострения болезни активность ферментов и поглощение микробов усиливаются.
В период клинической реконвалесценции происходит нормализация активности щелочной фосфатазы, активность кислой фосфатазы и поглотительная способность фагоцитов, по данным авторов, остаются повышенными.
По мнению авторов, эти показатели могут быть использованы для оценки состояния больного острой бактериальной дизентерией и возможности обострения дизентерии.
При бруцеллезной инфекции переваривание возбудителей бруцеллеза фагоцитами лежит в основе борьбы макроорганизма с этой инфекцией.
Поскольку переваривание микробов обусловлено активностью лизосомальных ферментов, представляет интерес изучение активности кислой фосфатазы и фагоцитоза и при такой инфекции как бруцеллез.
Исследованиями Грековой было показано, что однократное введение Br.melitensis морским свинкам уже в первые сутки вызывало значительное угнетение активности кислой фосфатазы. Затем активность кислой фосфатазы возрастала, но к норме приближалась только к 6-ти месяцам после заражения.
Суперинфекция не вызывала угнетения активности фермента в ранние сроки, наоборот, активность его в первые сутки была выше нормы, но к 6-ти месяцам она понижалась и была ниже нормы.
Фагоцитарная активность изменялась параллельно изменениям активности кислой фосфатазы.
Повышение функциональной активности фагоцитов при специфическом антимикробном иммунитете исследователи объясняют усилением активности их ферментных систем.
Учитывая важную роль внутриклеточных ферментов, и особенно кислой фосфатазы, представляется интересным сравнение фагоцитарной и ферментной активности фагоцитов у иммунизированных и неиммунизированных организмах.
При изучении in vitro динамики фагоцитоза бруцелл в культуре макрофагов, полученных от неиммунных и вакцинированных мышей, Брауде и Завенягина обнаружили, что в первый период поглощение бруцелл макрофагами обеих групп животных было практически на одинаковом уровне.
Через 6 – 10 часов в макрофагах иммунизированных животных отмечался интенсивный внутриклеточный лизис фагоцитированных бруцелл и появление значительного количества макрофагов, в цитоплазме которых были виды остатки переваренных микробов.
В макрофагах неиммунизированных животных в эти же сроки фагоцитоз был незавершенным.
Сопоставление этих данных с результатами цитохимических исследований показало параллелизм между активностью кислой фосфатазы макрофагов и их переваривающей способностью – повышенная переваривающая способность макрофагов а фоне повышенной активности кислой фосфатазы после иммунизации.
Солилова, Кязимова, Ильин, Сухинин наблюдали корреляцию фагоцитарной и ферментативной активности фагоцитов у мышей, иммунизированными вирусами гриппа и везикулярного стоматита.
По их данным было выявлен полнее соответствие между способностью переваривающей активности фагоцитов и активностью кислой фосфатазы макрофагов иммунизированных мышей.
Увеличение активности кислой фосфатазы соответствовало повышению активности фагоцитоза. И, наоборот, угнетение фагоцитоза под воздействием вирусов у неимунизированных животных соответствовало снижению активности лизосомальных ферментов.
О корреляции между фагоцитозом и активностью ферментов при иммунизации указывают Роговин, Никифоров, Кудряшова.
Приведенные данные свидетельствуют о высокой корреляции ферментной активности фагоцитов и их функциональной активностью.
Переваривание захваченных микробов обеспечивается биохимическими процессами, происходящими в фагоцитарной клетке.
Фармакологический эффект лекарственных препаратов в конечном счете обусловлен их действием а ферментный аппарат клеток, тканей, органов и всего организма в целом.
В предупреждении и ликвидации патологического процесса очень важно бывает затормозить или активизировать действие тех или иных ферментов.
В силу этого интенсивное изучение ингибиторов и активаторов различных ферментов имеет большое значение для медицины.
Антибиотики и химиотерапевтические препараты оказывают влияние на состояние фагоцитарного иммунитета, активность, интенсивность и завершенность которого обеспечивается биохимическими процессами, происходящими в фагоцитарной клетке.
В связи с этим представляет интерес изучение вопросов, касающихся влияния антибиотиков и химиотерапевтических препаратов на биохимические процессы, происходящие в фагоцитарной клетке.
Сочетанное изучение фагоцитарной и метаболической активности клетки приобретает особое значение в условиях воздействия на макроорганизм антимикробных и химиотерапевтических препаратов, так как способствует раскрытию физиологической и биохимической сущности их действия.
Исследования Брауде и Завенягиной, проведенные на лабораторных животных показали, что кортизон угнетал активность кислой фосфатазы и переваривающей способности макрофагов мышей.
По данным Брауде, Шевнюк, Файнштейн фагоцитарная активность макрофагов и содержание кислой фосфатазы в них усиливалось при сочетанном и раздельном введении белым мышам 8 – меркаптоаденина и продигиозана.
При этом сочетанное введение препаратов оказало более выраженное стимулирующее действие, чем раздельное.
О корреляции Фагоцитарной активности микро- и макрофагов и их ферментативной активности при экспериментальной туберкулезной инфекции у белых мышей в условиях химиотерапии, указывает Осипова.
По данным Брауде и Завенягиной внутривенное введение белым мышам тетрациклина, окситетрациклина, хлортетрациклина, сигмамицина, левомицетина, неомицина стимулировало фагоцитраную способность макрофагов и сопровождалось повышением активности кислой фосфатазы в этих клетках.
При внутримышечном введении этих препаратов стимуляция фагоцитоза была менее выражена.
После перорального введения тетрациклина, хлортетрациклина и неомицина интенсивность фагоцитоза макрофагами не изменялась; сигмамицин вызывал ее незначительное понижение и в большей степени фагоцитоз угнетали окситетрациклин и левомицетин.
Активность кислой фосфатазы, по данным этих авторов, оставалась без изменения.
Исследования, проведенные Кротковой, показали, что под влиянием левомицетина, адимицина и сывороточного полиглобулина изменялись как фагоцитарная активность макрофагов,
При введении только полиглобулина отмечалось незначительное активирование фагоцитарного процесса и в значительной степени усиле7ние активности кислой фосфатазы.
Левомицетин практически никакого влияния не оказал, а адимицин угнетал фагоцитоз.
Антибиотики без глобулина угнетали активность кислой фосфатазы.
Выраженный стимулирующий эффект наблюдался при сочетанном введении левомицетина и сывороточного глобулина.
Куденко и Боднаренко были проведены исследования по изучению in vitro влияния олеморфоциклиа на биохимическую и фагоцитарную активность лейкоцитов экссудата брюшной полости морских свинок, поглотивших живые и убитые E.coli.
Результаты проведенных исследований показали, при что 30- минутном и 60- минутном контакте с антибиотиком лейкоцитов, поглотивших микробные клетки, наблюдается изменение в процессе фагоцитоза и биохимической активности лейкоцитов.
При этом степень изменения фагоцитоза и активности ферментов находилась в прямой зависимости от времени экспозиции фагоцитов с антибиотиком и состояния объекта фагоцитоза.
Антибиотик ингибировал все показатели фагоцитарной защиты, как при поглощении живых, так и при поглощении убитых E.coli.
Активность сукцинатдегидрогеназы, каталазы, кислой и щелочной фосфатазы при 30- минутном контакте с живыми или убитыми микробами лейкоцитов с олеморфоциклином изменялась незначительно, при одночасовом контакте – ингибировалась.
Цыганенко и Балаклиец были проведены исследования по изучению раздельного и сочетанного действия бензилпенициллина, метициллина, тетрациклина, морфоциклина и витаминов (В-2 и В-12) на биохимическую активность лейкоцитов экссудата брюшной полости кроликов, фагоцитировавших живые или убитые St.albus.
Результаты проведенных исследований показали, что при раздельном и сочетанном действии антибиотиков и витаминов на биохимическую активность лейкоцитов кроликов, фагоцитировавших живые микробы, изучаемые тесты были ингибированы.
Было отмечено, что при раздельном действии антибиотиков и витаминов на лейкоциты, бензилпенициллин и метициллин оказали менее угнетающее действие на активность сукцинатдегидрогеназы, поглощения молекулярного кислорода, активность кислой фосфатазы, чем тетрациклин и морфоциклин.
Из витаминов более угнетающее действие на активность этих ферментов оказал витамин В-12.
При сочетанном действии антибиотиков и витаминов бензилпенициллин и метициллин в сочетании с В-2 оказали менее угнетающее действие, чем в сочетании с В-12.
На активность пероксидазы при раздельном действии антибиотиков и витаминов менее угнетающее действие оказали тетрациклин, морфоциклин и витамин В-2. Метициллин, бензилпенициллин и витамин В-12 оказали более выраженное ингибирование.
При сочетанном действии бензилпеициллина и метициллина с В-2 активность пероксидазы была выше, чем при действии этих антибиотиков в сочетании с В-12.
Активность каталазы, как при раздельном, так и при сочетанном действии с лейкоцитами, фагоцитировавшими живые St.aureus, активировалась. Степень активации фермента зависела от комбинаций антибиотиков и витаминов и их доз.
При изучении раздельного и сочетанного действия антибиотиков и витаминов на лейкоциты, поглотившие убитые St.albus было отмечено, что при раздельном действии менее выраженное угнетающее действие на сукцинатдегидрогеназу оказал бензилпенициллин.
Витамины В-2 и В-12 на активность этого фермента практически оказали одинаковое влияние.
Активность пероксидазы была менее угнетена тетрациклином и витамином В-2.
Поглощение молекулярного кислорода сильнее угнеталось тетрациклином и морфоциклином.
Витамины В-2 и В-12 оказали почти одинаковое действие на активность поглощения молекулярного кислорода лейкоцитами, поглотившими убитые стафилококки.
В отношении кислой фосфатазы ингибирующее действие в большей степени оказали тетрациклин, морфоциклин и витамин В-12.
При сочетанном действии витаминов и антибиотиков менее ингибирующее влияние на активность кислой фосфатазы фагоцитов, поглотивших убитые микробы, оказали бензилпенициллин и метициллин, как в сочетании с В-2, так и в сочетании с В-12.
Степень изменения активности ферментов лейкоцитов, поглотивших убитые микробные клетки, зависела от характеристики антибиотиков и витаминов, их комбинаций, доз и экспозиции контакта лейкоцитов с препаратами.
Щепеткина, изучая влияние пенициллина и оксациллина на фагоцитарную и биохимическую активность лейкоцитов крови крыс, показала, что изменения фагоцитарной активности происходили параллельно со сдвигом в содержании лизоцима, щелочной фосфатазы и гликогена в нейтрофилах.
Уровень этих метаболитов повышался в первые 5 – 15 дней и снижался к 21 суткам.
Введение животным массивных доз препаратов вызывало на 5-е сутки повышение уровня лизоцима, щелочной фосфатазы и гликогена в лейкоцитах, но на 7-е сутки эти показатели снижались.
Абебуев в экспериментальных исследованиях показал, что введение крысам преднизолона в дозе 2 мг и гидрокортизона в дозе 5 мг на 100 гр веса в течение 15 дней на фоне изменения фагоцитарной активности лейкоцитов вызывает изменение активности лизоцима и щелочной фосфатазы.
Повышение уровня гликокортикоидов в организме, по наблюдениям Абебуева, приводило к уменьшению содержания гликогена в нейтрофилах крови и увеличению активности щелочной фосфатазы лейкоцитов.
Ашуева отметила, что фагоцитарная активность лейкоцитов крови крыс под влиянием бактериальных полисахаридов, изменяется на фоне цитохимических изменений в них.
Увеличение фагоцитарной активности лейкоцитов сопровождается увеличением содержания в нейтрофилах гликогена и щелочной фосфатазы.
Под влиянием бактериальных полисахаридов изменяется и активность лизоцима нейтрофилов.
В последние годы для лечения инфекционных заболеваний широко применяются антибиотики.
Применение антибиотиков с профилактической и лечебной целью является одним из важных факторов помогающих макроорганизму в его борьбе с бактериальными инфекциями.
Несмотря на то, что с лечебной целью применяются не только антибиотики, а и сульфаниламидные препараты, витамины, полисахариды, гормональные препараты и пр., мы встречаемся со значительными трудностями при лечении бактериальных инфекций.
Одной из очень сложных проблем является возникновение не только резистентных, но и полирезистентных к антибиотикам форм микробов.
Исследования, касающиеся борьбы организма не только с чувствительными, но и резистентными формами бактерий, в том числе и с помощью фагоцитов, заслуживают большого внимания.
Интерес представляет изучение не только активности, интенсивности и завершенности фагоцитоза в отношении антибиотикорезистентных микробов, но и изменения при этом ферментативной активности фагоцитов.
Балаклиец и Цыганенко провели исследования по изучению активности ферментов лейкоцитов экссудата брюшной полости морских свинок, поглотивших in vitro антибиотикорезистентные бактерии (стафилококки – к пенициллину, эшерихии – к левомицетину).
Было проведено три серии опытов.
В первой серии изучалась биохимическая активность лейкоцитов, поглотивших кармин.
Во второй – биохимическая активность лейкоцитов морских свинок, фагоцитировавших живые чувствительные и резистентные к антибиотикам E.coli and St.aureus.
В третьей – изучалась биохимическая активность лейкоцитов, фагоцитировавших убитые чувствительные и резистентные к антибиотикам микробы.
Было отмечено увеличение содержания нуклеиновых кислот у фагоцитов, фагоцитировавших как кармин, так и бактерии живые или убитые, чувствительные или резистентные к антибиотикам.
При этом увеличение количества нуклеиновых кислот было обусловлено увеличением содержания РНК, в то время как количество ДНК почти не изменялось.
При поглощении лейкоцитами живых бактерий резистентных к антибиотикам отмечалось угнетение активности дегидрогеназ, кислой и щелочной фосфатаз.
Уменьшалась активность пероксидазы при поглощении резистентных к левомицетину E.coli, а при поглощении резистентных к пенициллину St.aureus – увеличивалась.
Активность каталазы лейкоцитов увеличивалась при поглощении стафилококков и не изменялась при фагоцитозе кишечных палочек.
Активность потребления лейкоцитами молекулярного кислорода не изменялась как при поглощении St.aureus, так и при поглощении E.coli, активность липазы уменьшалась при поглощении фагоцитами живых устойчивых стафилококков.
При поглощении лейкоцитами убитых резистентных к антибиотикам эшерихий и стафилококков активность дегидрогеназ, пероксидазы и щелочной фосфатазы оставалась на исходном уровне. Активность липазы была несколько снижена и увеличена активность каталазы.
При фагоцитозе убитых резистентных стафилококков ингибировались потребление молекулярного кислорода и активность кислой фосфатазы, а при фагоцитозе эшерихий эти показатели не изменялись, оставаясь на исходном уровне.
При поглощении лейкоцитами кармина активность каталазы, липазы, поглощение кислорода, активность кислой и щелочной фосфатаз
Полученные данные свидетельствуют о том, что при захвате фагоцитами объекта фагоцитоза изменяется их ферментативная активность.
При этом на биохимическую активность фагоцитов оказывают влияние природа антигена и его состояние, те препараты, которые действуют на фагоцит, их дозы и сочетания, продолжительность действия препаратов на фагоцит и пр.
Большую роль при этом играет изменение проницаемости лизосомальных оболочек.