Респираторная медицина. Руководство (в 2-х томах)

Чучалин А. Г.

type: dkli00075

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЛЕГОЧНЫХ МАКРОФАГОВ

МЛ являются компонентом единой для всего организма системы МФ, источник которой - полипотентная стволовая клетка костного мозга [7, 8]. При ее делении продуцируются монобласты и промоноциты - предшественники моноцитов. Время генерации последних в костном мозгу составляет 2 - 3 дня, после чего они поступают в кровь и составляют пул циркулирующих моноцитов. Под воздействием макрофагального колониестимулирующего фактора (КСФМ) или медиаторов воспаления они мигрируют в разные ткани путем диапедеза, где трансформируются в тканевые макрофаги [2, 9]. Исследование кинетики циркулирующих моноцитов у здоровых лабораторных животных показало, что только 15% этих клеток становятся МЛ [10]. Хемокинез клеток осуществляется благодаря наличию сократительных белков - актина и тубулина, из которых построены микрофиламенты и микротрубочки, образующие цитоскелет. Моноциты выходят в интерстициальную ткань легких, где сохраняют способность к 1 - 2 делениям и могут некоторое время оставаться в неактивном состоянии. Если клетки не будут простимулированы, то произойдет их запрограммированная гибель (апоптоз). При наличии индукторов дифференцировки моноциты активируются, перемещаются на поверхность легочного эпителия, где проходят все стадии созревания и приобретают тканеспецифические признаки.

Постоянным стимулом дифференцировки моноцитов

в норме является необходимость поддерживать в различных отделах легких определенное число зрелых МЛ, обеспечивающих тканевой гомеостаз. Скорость обновления макрофагальных элементов в целом связана с продолжительностью жизненного цикла и особенностями функционирования каждой субпопуляции. К наиболее короткоживущим МФ относятся АМ, жизненный цикл которых около 1 мес [5]. К медленно обновляющимся клеткам с большим жизненным циклом (несколько месяцев и более) относятся ИМ. В естественных условиях функционирования эта субпопуляция может поддерживаться за счет деления собственных клеточных элементов [11]. В процессе созревания моноцит проходит несколько стадий дифференцировки, в результате чего теряет известные свойства циркулирующей клетки крови (высокую миграционную способность, гликолитическую и пероксидазную активность) и приобретает новые характеристики и возможности. В зависимости от потребностей региона в макрофагальных элементах с той или иной функциональной направленностью, трансформация моноцитов имеет свои особенности. Так, на поверхности респираторного тракта, где макрофаги постоянно поглощают чужеродный материал из воздуха, моноциты дифференцируются в альвеолярные и бронхиальные фагоциты. Для макрофагов интерстиция легких важное значение имеет секреторная функция, регулирующая гомеостаз стромы. Кроме того, для различных отделов органа необходимо присутствие определенного числа антигенпрезентирующих клеток. Каждая субпопуляция МЛ адаптирована к условиям соответствующего региона и имеет свои характерные особенности.

type: dkli00076

АЛЬВЕОЛЯРНЫЕ И БРОНХИАЛЬНЫЕ МАКРОФАГИ

Мононуклеарные фагоциты, расположенные по поверхности респираторного тракта, образуют самую многочисленную группу МЛ, обеспечивающую независимый от иммунологических механизмов (врожденный) фагоцитоз чужеродного материала. Среди них АМ - наиболее изученная субпопуляция. Именно эти клетки преобладают в материале БАЛ, который сегодня широко используют для цитологических исследований [12 - 15]. В 1 мл лаважа здорового, некурящего человека обычно содержится 0,1 - 0,3x10⁶ клеточных элементов, из которых МЛ составляют 82 - 94%. У курильщика число этих клеток в смыве повышается в несколько раз, тогда как жизнеспособность снижается с 97 до 80%. Подсчитано, что 95% всех макрофагальных элементов БАЛ составляют АМ и только 5% - БМ [16]. Последние трудно выделить из плотного слоя слизи, в котором эти клетки располагаются в нишах между эпителиоцитами. Только применение специальной, достаточно трудоемкой техники получения промывных вод бронхов у здоровых добровольцев показало, что около трети всех клеточных элементов, расположенных на поверхности бронхиального эпителия, составляют макрофаги [17]. Небольшая их часть представлена отработанными АМ, которые можно отличить по метаболическим и ультраструктурным маркерам, связанным с катаболизмом легочного сурфактанта [6, 18]. Несмотря на то что все макрофаги, расположенные на поверхности эпителия, имеют характерную для фагоцитов ультраструктурную организацию, число, размеры и содержимое фагосомных вакуолей отражают особенности региона, в котором эти клетки функционируют.

Альвеолярные макрофаги располагаются в гипофазе внеклеточной выстилки альвеол, которая является естественной средой жизни этих клеток и во многом определяет их функциональную направленность. Ядросодержащая часть макрофага обычно лежит в нише между альвеолоцитами, тогда как апикальная - тесно прилегает к мембранам внеклеточного сурфактанта (рис. 4-44). Его обычные и видоизмененные структуры в составе фагосом (рис. 4-45), а также ограниченные мембраной включения осмиофильного пластинчатого материала, напоминающие секреторные гранулы альвеолоцитов 2го типа (ОПТ), являются ультраструктурным маркером зрелых АМ. Особенно крупные скопления этих клеток появляются во внутриальвеолярном пространстве после экзогенной или эндогенной стимуляции секреторной функции альвеолоцитов 2го типа [18]. Об активации фагоцитоза свидетельствует появление на поверхности АМ многочисленных инвагинаций, складок и псевдоподий. Можно также наблюдать прямой контакт макрофага с апикальной поверхностью секретирующего сурфактант альвеолоцита (рис. 4-46). Все это указывает на тесную функциональную связь АМ с различными компонентами системы сурфактанта и отражает активное их участие в катаболизме альвеолярных фосфолипопротеидов как одной из основных функций. Поэтому для АМ характерна высокая липазная и фосфолипазная активность, обеспечивающая расщепление липидов и фосфолипидов до лизосоединений и жирных кислот. При этом продукты метаболизма сурфактанта макрофаги используют для производства большой группы липидных витаминов и медиаторов (витамина Е, простагландинов, лейкотриенов, тромбоксанов), которые регулируют межклеточные взаимодействия как внутри популяции, так и с другими клеточными элементами и системами [2]. Катаболизм макрофагальных фосфолипаз осуществляется протеазами типа альфа-1антитрипсина, альфа-1антихемотрипсина, альфа-2макроглобулина, также характерных для АМ. Определенное значение в метаболизме легочных фосфолипидов имеют находящиеся на поверхности макрофагов специфические рецепторы - Clg [19, 20]. Благодаря им макрофаги могут захватывать молекулы нативного липопротеида или поглощают его ацетилированные производные, которые используют в качестве основного субстрата для окислительного фосфорилирования. Запасы метаболического топлива депонируются в цитоплазме АМ в виде нерастворимых в воде нейтральных липидов. Эти включения имеют вид ограниченных мембраной гранул диаметром 1,2 - 2,6 мкм с характерным гомогенным матриксом средней электронной плотности (рис. 4-47). Превращение альвеолярных мононуклеаров в характерные «пенистые клетки» - липофаги наблюдается при липидных пневмопатиях различного генеза, а также при экзогенном аллергическом альвеолите и туберкулезе.

path: pictures/0444.png

Рис. 4-44. Альвеолярный макрофаг, расположенный в нише между альвеолоцитами. Апикальная часть фагоцита прилегает к мембранам внеклеточного сурфактанта (обозначены стрелками), расположенного на границе раздела фаз воздух - жидкость. ПА - просвет альвеолы. Ув. 16 800.

path: pictures/0445.png

Рис. 4-45. Альвеолярный макрофаг, фагоцитирующий мембраны резервного ЛС. ЛС - легочный сурфактант, ФВ - фагосомная вакуоль, ПА - просвет альвеолы. Ув. 36 600.

path: pictures/0446.png

Рис. 4-46. Альвеолярные макрофаги с развитой структурой поверхности вокруг А2, секретирующего сурфактант (обозначено стрелкой). Ув. 7500.

path: pictures/0447.png

Рис. 4-47. Альвеолярный макрофаглипофаг, содержащий в цитоплазме многочисленные включения НЛ. НЛ - нейтральные липиды, ПА - просвет альвеолы. Ув. 19 500.

Бронхиальные макрофаги располагаются в составе

плотного (гелевого) слоя слизи, покрывающего поверхность воздухоносных путей. Это могут быть молодые мононуклеары без ультраструктурных признаков функциональной активности и зрелые фагоцитирующие клетки с различным числом лизосомальных гранул и фагосом. Последние не содержат мембран сурфактанта, что отличает БМ от отработанных макрофагов респираторного отдела, расположенных обычно в золевом слое слизи. В цитоплазме БМ чаще всего можно видеть разновеликие фагоцитарные вакуоли с электронно-прозрачным или хлопьевидным веществом. Особенно крупные фагосомы со светлым содержимым появляются в БМ больных с хроническими заболеваниями органов дыхания и выраженной гиперсекрецией бокаловидных клеток. При этом макрофаги не только поглощают избыток слизи, но и выделяют хемокины, принимающие непосредственное участие в местной регуляции ее внутриклеточной выработки. В роли аутокринного фактора могут выступать протеины с молекулярной массой 68 кДа, которые были выделены из БМ больных с бронхиальной гиперсекрецией и из полученной на их основе гибридомной клеточной линии НВ63 [21]. Среди обычных объектов фагоцитоза БМ чаще всего определяются фрагменты реснитчатого эпителия (рис. 4-48), реже клеточный детрит и отдельные мембраны, напоминающие фосфолипопротеидный материал сурфактанта, расположенный на границе между золем и гелем. Последний, возможно, облегчает проникновение объектов фагоцитоза в более плотный нижний слой, где они становятся доступными для БМ.

path: pictures/0448.png

Рис. 4-48. Бронхиальный макрофаг. В фагосомных вакуолях фрагменты мерцательного эпителия. ФВ - фагосомная вакуоль, ФМ - фрагменты микроворсинок. Ув. 32 500.

type: dkli00077

ОСОБЕННОСТИ ФАГОЦИТАРНОЙ ФУНКЦИИ АЛЬВЕОЛЯРНЫХ И БРОНХИАЛЬНЫХ МАКРОФАГОВ

К настоящему времени накоплен значительный фактический материал, свидетельствующий о непосредственном участии легочного сурфактанта в процессе поглощения макрофагами различных объектов фагоцитоза [22, 23]. Давно замечено, что у курящих здоровых людей, в отличие от некурящих, в респираторном отделе наблюдается повышенное содержание фосфатидилхолина и АМ. Экспериментально доказано, что длительная ингаляция животным частиц чужеродного материала (угля, кремнезема, бактерий) приводит к усилению внутриклеточной выработки сурфактанта и фагоцитарной активности АМ [24, 25]. Очевидно, попадая на наружную пленку сурфактанта, каждая такая частица сначала окутывается фосфолипопротеидами и только после этого захватывается макрофагами. Благодаря специфическим белкам SPA и SPD, сурфактант выступает в качестве опсонизирующего фактора [26]. Вместе с продуктами активации системы комплемента и антителами он принимает непосредственное участие в механизмах опсонинозависимого фагоцитоза различных микроорганизмов - основы естественной резистентности организма. Для этого на поверхности макрофагов имеются рецепторы СD35 и СD18/СD11С, распознающие фрагменты С3компонента системы комплемента и рецепторы для FCфрагментов антител СD16, СD23, СD32 [27]. Опсонинами также могут быть некоторые неиммунные молекулы, например фибронектин, Среактивный белок, которые также распознаются Fcрецепторами. Кроме того, АМ и БМ экспрессируют белки неопосредованного фагоцитоза, среди которых важное значение имеют макрофагальный маннозный рецептор и TLRрецепторы (от англ. Tolllike receptions), непосредственно взаимодействующие с липополисахаридами и пептидогликанами бактерий [28].

Эффективность фагоцитоза зависит не только от протеолитической активности макрофага, но и от природы поглощенного материала. Частицы пыли, минерального масла, смолы (каолина) пассивно накапливаются в цитоплазме кониофагов (рис. 4-49), липофагов (см. рис. 4-47), которые затем дрейфуют с током сурфактанта и слизи в воздухоносные пути и ротовую полость. В то же время микроволокна хризотиласбеста и любой другой материал, обладающий фиброгенным действием, вызывают разрушение фагоцитов и развитие хронического воспаления [11]. Денатурированные белки, иммунные комплексы, фрагменты слущенных эпителиоцитов, эритроциты и апоптозные клетки практически полностью перевариваются внутриклеточными протеазами, такими как кислая фосфатаза, неспецифическая эстераза, арилсульфатаза, бетагалактозидаза, бетаглюкуронидаза, NацетилбетаDглюкозаминидаза, сконцентрированными в специализированных органеллах - лизосомах. В этом случае степень развития лизосомального аппарата коррелирует с числом фагосомных вакуолей и фаголизосом. Поскольку клеточные стенки некоторых микроорганизмов ( Micobacteria , Leishmania, Pseudomonas) устойчивы к действию протеолитических ферментов, они могут персистировать в цитоплазме АМ, являясь пусковым механизмом гранулематозного воспаления.

path: pictures/0449.png

Рис. 4-49. Макрофаг, заполненный ВК в составе БАЛ курящего человека. ВК - «включения курильщика». Ув. 22 000.

type: dkli00078

ИНТЕРСТИЦИАЛЬНЫЕ МАКРОФАГИ

По данным разных авторов [2, 29, 30], в интерстициальном компартменте легких локализуется 10 - 40% МФ, которые могут быть отнесены к МЛ. Всестороннее изучение биологических и функциональных характеристик этой субпопуляции ограничено методическими трудностями выделения и очищения от примеси других макрофагальных элементов, особенно АМ. Методы ферментативного ресуспензирования паренхимы легких не получили широкого применения изза инвазивного влияния на метаболизм и рецепторное поле ИМ. Поэтому до сих пор в исследовании этой субпопуляции преобладают морфологические и иммуноморфологические методы.

При ультраструктурном анализе ИМ обращает внимание отсутствие крупных фагосомных вакуолей и фаголизосом, что одинаково характерно для лабораторных животных и человека. Элементы комплекса Гольджи выражены не во всех клетках и обычно представлены небольшим числом мелких везикул (рис. 4-50). Число лизосомоподобных гранул и митохондрий варьирует у разных клеток этого типа, но в целом оно заметно меньше, чем у АМ. Интерстициальные макрофаги (ИМ) отличаются низким содержанием фосфолипаз, хотя сохраняют некоторую активность кислой фосфатазы, неспецифической эстеразы и других гидролаз [31]. Выработка свободных радикалов кислорода у них незначительна [32]. Наибольшего развития в цитоплазме ИМ достигают белоксинтезирующие органеллы - канальцы гранулярной цитоплазматической сети и полирибосомы, которые распределены по всей клетке (см. рис. 4-50). В эктоплазме определяются варьирующие по числу и размеру гладкие и окаймленные везикулы со светлым содержимым, что указывает на определенную секреторную активность клеток, которая может быть связана с продукцией цитокинов, регулирующих фибриллогенез стромы. Известно, что любое повреждение респираторного эпителия приводит к значительному повышению уровня различных профиброгенных факторов, особенно фактора трансформации роста (ФТР), тромбоцитарного фактора роста (ТФР), инсулиноподобного фактора роста 1 (ИФР1), и заметному утолщению интерстиция за счет активации синтеза фибриллярных белков фибробластами [33, 34]. Известна корреляция повышенного содержания ИФР1 в ИМ с давностью развития идиопатического фиброзирующего альвеолита [35]. Интерстициальные макрофаги продуцируют не только ростовые факторы, но и вещества, блокирующие их синтез - простагландины группы Е (ПГЕ). Недостаточная выработка последних приводит к массивному фиброзу легочной паренхимы, как это наблюдается при силикозе, асбестозе и других профессиональных заболеваниях органов дыхания [11].