Что такое нейтрофилы, их виды и роль в иммунном ответе

Нейтрофилы — это самая многочисленная разновидность лейкоцитов в организме человека, основной функцией которых является фагоцитоз микроорганизмов и чужеродных веществ, с последующим запуском дальнейшего  иммунного ответа. Свои уникальные функции они выполняют благодаря особенностям своего строения — наличию циторецепторов на поверхности клеточной мембраны и специфически гранул в составе цитоплазмы.

Процесс созревания

В процессе лейкопоэза в костном мозге из миелобластной клетки происходит формирование более зрелых форм нейтрофилов. Срок созревания нейтрофилов в процессе лейкопоэза — 7 суток. Еще 4 дня они находятся в костном мозге в качестве депо нейтрофилов, и только потом, посредством диапедеза, мигрируют через сосудистую стенку и попадают в кровь, где и циркулируют по кровеносным сосудам ближайшие 8-12 часов.

Виды нейтрофилов

Из костного мозга в кровь попадает 3 разновидности нейтрофилов, которые по степени зрелости ядра и гранул можно разделить на следующие группы:

1. Юные (метамиелоциты)
2. Палочкоядерные
3. Сегментоядерные

Наиболее зрелыми являются сегментоядерные нейтрофилы. Именно они наиболее способны к фагоцитарной активности и выполнению других функций нейтрофилов.

Строение нейтрофилов

Размеры

В зависимости от степени зрелости, нейтрофилы циркулирующие в крови имеют размеры 10-12 мкм. При выходе нейтрофила непосредственно в очаг воспаления, размеры его увеличиваются до 20 мкм, что связано с увеличением количества гранул и размером фагоцитируемого объекта.

Ядро

Размеры и форма ядра — это одни из ключевых параметров по которым можно отличить юные, палочкоядерные и сегментоядерные нейтрофилы.

1. Юные нейтрофилы (метамиелоциты) имеют ядро бобовидной формы без признаков сегментации.
2. Палочкоядерные нейтрофилы имеют ядро в виде изогнутой палочки в виде подковы.
3. Ядро сегментоядерных нейтрофилов разделено на 3-5 сегментов, соединенных тонкими перемычками.

У женщин около 3% нейтрофилов имеют дополнительный придаток ядра в виде барабанной палочки (drumstick). Такой придаток ядра также называют половой хроматин или тельце Бара, а представляет он собой неактивную X-хромосому.

Цитоплазма

Цитоплазма нейтрофилов содержит немногочисленные органеллы: комплекс Гольджи, элементы грЭПС, свободные рибосомы, митохондрии, центриоли.

Среди компонентов цитоскелета преобладают актиновые микрофиламенты, которые расположены в основном в периферической части и образуют псевдоподии. Именно благодаря наличию у нейтрофилов актиновых микрофиламентов, они способны к амебоидному движению, в результате чего скорость их передвижения является самой высокой среди всех лейкоцитов и составляет до 40 мкм в  минуту. Это целых 2,4 мм за 1 час. Учитывая близость капиллярной сети к воспалительному процессу, становится понятно почему нейтрофилы являются первичным звеном иммунного ответа и так быстро добираются до очага воспаления.

При рассмотрении окрашенного нейтрофила под микроскопом, его цитоплазма имеет бледно-розовую окраску с множеством нейтрофильных гранул, окрашенных в розово-фиолетовый цвет.

Для цитоплазмы нейтрофилов характерно:

1. Мало лизосом (первичных, азурофильных, неспецифических гранул)
2. Много мелких специфических гранул
3. Мало митохондрий
4. Много гликогена

Большое содержание гликогена обусловлено тем, что основной источник энергии для функционирования нейтрофилов — это гликолиз, благодаря чему данные иммунные клетки получили относительную «кислородонезависимость» и могут работать в поврежденных тканях, воспалительном очаге и гное, т.е. там где нет доступа кислорода.

Из-за низкого содержания органелл участвующих в синтезе белка (митохондрий), нейтрофилы не способны восстанавливаться в процессе выполнения своих функций, в связи с чем первая же вспышка активности приводит к их гибели.

Гранулы

В цитоплазме нейтрофилов имеются гранулы 3 типов:

1. Первичные  гранулы (азурофильные, неспецифические) — такое название получили в связи с тем, что появляются первыми в ходе развития еще на стадии метамиелоцита. Такие гранулы содержат: лизоцим, дефензины, кислые гидролазы, миелопероксидазу, антимикробные белки и бактерицидный белок, увеличивающий проницаемость. Эти ферменты обеспечивают функцию внутриклеточного уничтожения микроорганизмов.
2. Вторичные гранулы (специфические) — по мере созревания нейтрофила до сегментоядерного, процент таких гранул увеличивается до 80-90%. В состав вторичных гранул входит лизоцим, лактоферрин, щелочная фосфотаза, коллагеназа. Эти ферменты участвуют не только во внутриклеточном уничтожении инфекционных возбудителей, но и выделяются за пределы клетки, где привлекают медиаторы воспаления и активируют систему комплемента. Помимо ферментов в гранулах содержатся пирогены, цитокины и адгезивные белки, которые необходимы для выполнения пирогенной и регуляторной функций, а также прикрепления нейтрофилов к сосудистой стенке для последующей миграции в очаг воспаления.
3. Третичные гранулы (желатинозные) — изучены недостаточно. Известно, что в их составе содержится желатиназа, лизоцим и адгезивные белки. Имеется информация, что они принимают участие в переваривании частиц в межклеточном пространстве, в процессах адгезии и фагоцитоза.

Плазмолемма

Плазмолемма нейтрофилов содержит циторецепторы, благодаря которым происходит распознавание других клеток и межклеточного вещества, а также медиаторов воспаления, которые способствуют активации нейтрофилов и их перемещению в очаг воспалительной реакции.

Продолжительность жизни

Продолжительность жизни нейтрофилов относительно небольшая — после их выхода из кровеносного русла в ткани они живут еще до 8 суток. Если до истечения срока они поучаствуют в процессе уничтожения инфекции или их токсинов, то гибель их наступит значительно раньше.

Всего же, жизненный путь нейтрофилов с момента зарождения и до гибели можно отобразить следующим образом:

1. Лейкопоэз в костном мозге — 7 суток
2. Пребывание в костномозговом пуле «резервных» нейтрофилов — 4 дня
3. Циркулирование в крови — 8-12 часов
4. Пребывание и функционирование в соединительной ткани — до 8 дней

Выполняемые функции

Основной функцией нейтрофилов является фагоцитоз, т.к. именно нейтрофилы отвечают за первый «контакт» с микроорганизмами и чужеродными веществами, с последующим их внутриклеточным или внеклеточным уничтожением, а также привлечением другим разновидностей лейкоцитов и активацией дальнейшей иммунной реакции организма.

Если перечислить все функции нейтрофилов за которые они отвечают, то получится следующий список:

1. Фагоцитарная — фагоцитоз микроорганизмов
2. Пирогенная — выделение веществ повышающих местную температуру
3. Привлечение и активация макрофагов
4. Обострение воспалительной реакции
5. Бактерицидная — внеклеточное уничтожение микробов лизосомальными ферментами
6. Альтерирующая — повреждение собственных тканей
7. Регуляторная — выделяют цитокины и регулируют действие других иммунных клеток

Фагоцитоз

Как уже упоминалось, функций у нейтрофилов много, но основная — фагоцитоз. В процессе фагоцитоза, нейтрофилы разрушают тканевые «обломки» и чужеродные клетки, с последующим их поглощением, разрушением и перевариванием ферментами первичных и вторичных гранул.