Cơ thể của chúng ta tiếp xúc một cách liên tục với vi khuẩn, virus, nấm và ký sinh trùng, tất cả chúng đều xuất hiện một cách bình thường và với các mức độ khác nhau trong da, miệng, đường hô hấp, đường ruột, các niêm mạc của mắt và thậm chí là đường tiết niệu. Nhiều trong số các tác nhân nhiễm trùng này thì có thể gây ra các chức năng sinh lý bất thường nghiêm trọng hoặc thậm chí tử vong nếu như chúng xâm nhập vào trong các mô sâu hơn. Chúng ta cũng tiếp xúc một cách không liên tục với các vi khuẩn và virus có khả năng lây nhiễm cao khác bên cạnh các vi khuẩn và vi rút mà bình thường xuất hiện và các tác nhân này có thể gây ra các bệnh chết người như viêm phổi, nhiễm liên cầu và sốt thương hàn.
Cơ thể của chúng ta có một hệ thống đặc biệt trong việc chống lại các tác nhân gây độc và nhiễm trùng khác nhau. Hệ thống này bao gồm các tế bào bạch cầu của máu (white blood cells [WBC]) và các tế bào mô mà có nguồn gốc từ các tế bào bạch cầu. Các tế bào này hoạt động cùng với nhau theo hai cách để ngăn ngừa bệnh tật: (1) bằng cách thực sự phá hủy các vi khuẩn và virus xâm nhập bởi sự thực bào (phagocytosis); và (2) bằng cách hình thành các kháng thể (antibodies) và các tế bào lympho mẫn cảm (sensitized lymphocytes) mà có thể phá hủy hoặc bất hoạt tác nhân xâm nhập. Loạt bài viết này sẽ bàn đến cách thức đầu tiên trong số này và loạt bài viết sau sẽ bàn đến cách thức thứ hai.
Các tế bào bạch cầu (white blood cells)
Các tế bào bạch cầu (white blood cells hay leukocytes) là các đơn vị di động của hệ thống bảo vệ cơ thể. Chúng được hình thành một phần trong tủy xương (các tế bào bạch cầu hạt [granulocytes], các tế bào bạch cầu đơn nhân [monocytes] và một ít lympho bào (bạch cầu lympho, tế bào lympho) [lymphocytes]) và một phần trong mô bạch huyết (các lympho bào và các tương bào [plasma cells]). Sau khi hình thành, chúng được vận chuyển trong máu đến các phần khác nhau của cơ thể, nơi mà chúng được cần đến.
Giá trị thực sự của WBCs chính là hầu hết chúng được vận chuyển một cách đặc hiệu đến các khu vực nhiễm trùng và viêm nghiêm trọng, bằng cách đó, cung cấp một sự đề kháng nhanh chóng và mạnh mẽ chống lại các tác nhân nhiễm trùng. Như sẽ được thấy sau này, các tế bào bạch cầu hạt và các tế bào bạch cầu đơn nhân có một khả năng đặc biệt trong việc “tìm ra và phá hủy” một tác nhân xâm nhập ngoại lai.
Các đặc điểm chung của các tế bào bạch cầu
Các loại tế bào bạch cầu. Sáu loại WBCs bình thường xuất hiện trong máu: các bạch cầu trung tính (đa hình nhân [polymorphonuclear]) (neutrophils), bạch cầu ái toan (đa hình nhân) (eosinophils), bạch cầu ái kiềm (đa hình nhân) (basophils), bạch cầu đơn nhân (monocytes), các bạch cầu lympho (lymphocytes) và đôi khi cả các tương bào (plasma cells). Ngoài ra, có các số lượng lớn các tế bào tiểu cầu (platelets) mà là các các mảnh của một loại tế bào khác tương tự với WBCs được tìm thấy trong tủy xương, là mẫu tiểu cầu (megakaryocyte). Ba loại tế bào đầu tiên, là các tế bào đa hình nhân, tất cả đều có một hình thái có hạt, như được thể hiện ở các tế bào số 7, 10 và 12 trong Hình 1 và vì lý do này chúng được gọi là các tế bào bạch cầu hạt (granulocytes).
Các tế bào bạch cầu hạt và các tế bào bạch cầu đơn nhân giúp bảo vệ cơ thể khỏi các vi sinh vật xâm nhập bằng cách tiêu hóa chúng (bằng sự thực bào) hoặc bằng cách giải phóng các chất kháng vi sinh vật và gây viêm mà có nhiều tác động giúp hỗ trợ trong việc phá hủy các vi sinh vật gây hại. Các bạch cầu lympho và các tương bào thực hiện chức năng chủ yếu trong mối liên hệ với hệ thống miễn dịch, như được bàn đến trong loạt bài viết tiếp theo. Cuối cùng, chức năng của các tiểu cầu thì chuyên biệt trong việc hoạt hóa cơ chế đông máu, như được nói đến trong một loạt bài viết sau này.
Các nồng độ của các tế bào bạch cầu khác nhau trong máu. Một người trưởng thành có khoảng 7000 WBCs mỗi microliter máu (so với 5 triệu tế bào hồng cầu [red blood cells – RBCs] mỗi microliter). Trong số toàn bộ WBCs, các phần trăm bình thường của các loại khác nhau thì xấp xỉ như sau:
- Bạch cầu trung tính: 62%
- Bạch cầu ái toan: 2.3%
- Bạch cầu ái kiềm: 0.4%
- Bạch cầu đơn nhân: 5.3%
- Bạch cầu lympho: 30.0%
Số lượng tiểu cầu, mà chỉ là các mảnh tế bào, trong mỗi microliter máu bình thường là trong khoảng giữa 150,000 và 450,000, trung bình khoảng 300,000.
Sự tạo thành các tế bào bạch cầu
Sự biệt hóa sớm của tế bào gốc tạo máu đa năng thành các loại tế bào gốc đã biệt hóa khác nhau được thể hiện trong Hình 2 trong loạt bài viết trước. Bên cạnh các tế bào đã biệt hóa để hình thành nên RBCs, hai dòng WBCs chính cũng được hình thành, là dòng tủy bào (myelocytic lineage) và dòng lympho bào (lymphocytic lineage). Phía bên trái của Hình 1 cho thấy dòng tủy bào, bắt đầu với nguyên tủy bào (myeloblast); phía bên phải cho thấy dòng lympho bào, bắt đầu với nguyên bào lympho (lymphoblast).
Các tế bào bạch cầu hạt và bạch cầu đơn nhân chỉ được hình thành trong tủy xương. Các lympho bào và các tương bào được sản xuất chủ yếu trong các mô lympho (bạch huyết) khác nhau – đặc biệt là trong các tuyến bạch huyết (hạch bạch huyết), lách, tuyến ức, các hạch amidan và các ổ mô lympho ở bất cứ đâu khác trong cơ thể, như trong tủy xương và trong các mảng Peyer’s (Payer’s patch) bên dưới biểu mô trong thành ruột.
WBCs hình thành trong tủy xương được tích trữ trong tủy xương cho đến khi chúng được cần đến trong hệ thống tuần hoàn. Sau đó, khi nhu cầu phát sinh, các yếu tố khác nhau làm cho chúng được giải phóng (các yếu tố này sẽ được nói đến sau). Bình thường, khoảng gấp ba lần lượng WBCs được tích trữ trong tủy xương so với trong toàn bộ máu tuần hoàn. Lượng này tương ứng với một sự cung cấp khoảng 6 ngày cho các tế bào này.
Các tế bào lympho thì chủ yếu đươc tích trữ trong các mô lympho khác nhau, ngoại trừ một số lượng nhỏ mà tạm thời được vận chuyển trong máu.
Như được thể hiện trong Hình 1, mẫu tiểu cầu (tế bào 3) cũng được hình thành trong tủy xương. Các mẫu tiểu cầu này phân mảnh trong tủy xương và các mảnh nhỏ, được gọi là các tiểu cầu (platelets hay thrombocytes) sau đó đi vào trong máu. Chúng thì rất quan trọng trong sự khởi đầu của quá trình đông máu.
Đời sống của các tế bào bạch cầu
Đời sống của các tế bào bạch cầu hạt sau khi được giải phóng từ tủy xương bình thường là 4 đến 8 giờ tuần hoàn trong máu và 4 đến 5 ngày tiếp theo trong các mô, nơi mà chúng được cần đến. Vào những thời gian nhiễm trùng mô nghiêm trọng, toàn bộ đời sống này thường được rút ngắn đến chỉ còn khoảng một vài giờ bởi vì các tế bào bạch cầu hạt tiến đến vùng nhiễm khuẩn thậm chí còn nhanh hơn, thực hiện các chức năng của chúng và tự phá hủy trong quá trình thực hiện chức năng.
Các bạch cầu đơn nhân cũng có một thời gian dịch chuyển ngắn, 10 đến 20 giờ trong máu, trước khi đi qua các màng mao mạch vào trong các mô. Một khi ở trong các mô, chúng phồng đến các kích thước lớn hơn nhiều để trở thành các đại thực bào mô (tissue macrophages) và ở dạng này, chúng có thể sống đến nhiều tháng nếu như không bị phá hủy trong khi đang thực hiện các chức năng thực bào. Các đại thực bào mô này là nền tảng của hệ thống thực bào mô (tissue macrophage system) (được nói đến chi tiết hơn sau), mà cung cấp sự đề kháng liên tục với nhiễm khuẩn.
Các tế bào lympho đi vào trong hệ thống tuần hoàn một cách liên tục, cùng với sự thoát của dịch bạch huyết khỏi các hạch bạch huyết và các mô bạch huyết khác. Sau một vài giờ, chúng đi ra khỏi máu quay trở vào trong các mô bởi sự xuyên mạch/thoát mạch (diapedesis/extravasation). Sau đó, chúng vào lại dịch bạch huyết và trở về máu lặp đi lặp lại; vì thế, có một sự tuần hoàn liên tục của các lympho bào qua cơ thể. Các lympho bào có các đời sống vài tuần đến đến vài tháng, phụ thuộc vào nhu cầu của cơ thể đối với các tế bào này.
Các tế bào tiểu cầu trong máu được thay thế khoảng một lần mỗi 10 ngày. Nói cách khác, khoảng 30,000 tiểu cầu được hình thành mỗi ngày cho mỗi microliter máu.
Các bạch cầu trung tính và các đại thực bào đề kháng lại các nhiễm khuẩn
Chủ yếu các bạch cầu trung tính và các đại thực bào mô tấn công và phá hủy các vi khuẩn, vi rút và các tác nhân gây hại khác xâm nhập. Các bạch cầu trung tính là các tế bào trưởng thành mà có thể tấn công và phá hủy vi khuẩn, ngay cả trong máu tuần hoàn. Ngược lại, các đại thực bào mô bắt đầu đời sống dưới dạng các bạch cầu đơn nhân trong máu, mà là các tế bào chưa trưởng thành trong khi vẫn ở trong máu và có ít khả năng chống lại các tác nhân nhiễm khuẩn lúc đó. Tuy nhiên, một khi chúng đi vào trong các mô, chúng bắt đầu phồng lên – đôi khi tăng đường kính của chúng nhiều đến năm lần – lớn đến 60 đến 80 micrometers, một kích thước mà hầu như không thể được thấy bằng mắt thường. Các tế bào này bây giờ được gọi là các đại thực bào (macrophages) và chúng có khả năng cực kỳ mạnh trong việc chống lại các tác nhân gây bệnh trong các mô.
Các tế bào bạch cầu đi vào trong các khoảng kẽ mô bởi sự xuyên mạch. Các bạch cầu trung tính và bạch cầu đơn nhân có thể nén ép qua các khoảng trống giữa các tế bào nội mô của các mao mạch máu và các tiểu tĩnh mạch sau mao mạch bởi sự xuyên mạch (diapedesis). Mặc dù khoảng trống gian bào thì nhỏ hơn nhiều so với một tế bào nhưng một phần nhỏ tế bào có thể trượt qua khoảng trống mỗi lúc; phần trượt qua thì co lại tạm thời đến kích thước của khoảng trống như được thể hiện trong Hình 2 (ngoài ra xem thêm trong các bài viết tiếp theo).
Các tế bào bạch cầu di chuyển qua các khoảng kẽ mô bởi sự di động kiểu amip. Cả bạch cầu trung tính và các đại thực bào có thể di chuyển qua các mô bởi sự di động kiểu amip (ameboid motion), sẽ được mô tả trong một loạt bài viết sau. Một số tế bào di chuyển ở các vận tốc lớn đến 40 micrometers/phút, một khoảng cách mà lớn như chiều dài của chính chúng mỗi phút.
Các tế bào bạch cầu được thu hút đến các khu vực bị nhiễm khuẩn bởi hóa hướng động. Nhiều chất hóa học khác nhau trong các mô làm cho cả các bạch cầu trung tính và các đại thực bào di chuyển về phía nguồn của chất hóa học. Hiện tượng này, được thể hiện trong Hình 2, được gọi là hóa hướng động (chemotaxis). Khi một mô trở nên bị viêm, ít nhất một tá các sản phẩm khác nhau mà có thể gây ra hóa hướng động về phía khu vực viêm được hình thành. Chúng bao gồm các chất sau: (1) một số các chất độc của vi khuẩn và vi rút; (2) các sản phẩm thoái hóa của các mô viêm; (3) một số sản phẩm phản ứng của phức hợp bổ thể (được nói đến trong loạt bài viết tiếp theo) được hoạt hóa trong các mô nhiễm khuẩn; và (4) một số sản phẩm phản ứng được gây ra bởi quá trình đông huyết tương trong khu vực viêm, cũng như là các chất khác.
Như được thể hiện trong Hình 2, hóa hướng động phụ thuộc vào gradient nồng độ của chất hóa hướng động. Nồng độ thì lớn nhất ở gần nguồn chất, mà điều hướng sự di chuyển theo một hướng duy nhất của WBCs. Hóa hướng động thì hiệu quả lên đến 100 micrometers cách một mô bị viêm. Vì thế, bởi vì hầu như không có khu vực mô nào cách hơn 50 micrometers so với một mao mạch nên tín hiệu hóa hướng động có thể làm di chuyển dễ dàng các WBCs từ các mao mạch vào trong khu vực bị viêm.
Quá trình thực bào (phagocytosis)
Một chức năng chính của các bạch cầu trung tính và các đại thực bào là quá trình thực bào (phagocytosis), có nghĩa là sự tiêu hóa các tác nhân gây hại của tế bào. Các tế bào thực bào phải chọn lọc nguyên liệu được thực bào; nếu không, các tế bào bình thường và các cấu trúc của cơ thể có thể bị tiêu hóa. Quá trình thực bào có xảy ra hay không phụ thuộc vào ba quá trình chọn lọc (Hình 3).
Đầu tiên, hầu hết các cấu trúc tự nhiên trong các mô có các bề mặt trơn láng, điều mà giúp ngăn cản sự thực bào. Tuy nhiên, nếu như bề mặt nhám thì tỷ lệ thực bào sẽ tăng lên.
Thứ hai, hầu hết các cấu trúc tự nhiên của cơ thể có các áo proteins bảo vệ mà giúp đẩy lùi sự thực bào. Ngược lại, hầu hết các mô chết và các phần tử ngoại lai không có các áo bảo vệ, điều mà khiến chúng trở thành đối tượng của sự thực bào.
Thứ ba, hệ thống miễn dịch của cơ thể (được mô tả trong loạt bài viết sau) phát triển các kháng thể (antibodies) chống lại các tác nhân nhiễm trùng như vi khuẩn. Các kháng thể sau đó bám dính vào các màng vi khuẩn và bằng cách đó, khiến các vi khuẩn đặc biệt dễ bị thực bào. Để làm được điều này, phân tử kháng thể cũng kết hợp với sản phẩm C3 của chuỗi phản ứng bổ thể (complement cascade), là một phần bổ sung của hệ thống miễn dịch sẽ được bàn đến trong loạt bài viết tiếp theo. Các phân tử C3, cuối cùng, bám vào các thụ cảm thể trên màng tế bào thực bào, vì thế, khởi động quá trình thực bào. Quá trình mà một bệnh nguyên được chọn cho quá trình thực bào và sự phá hủy này được gọi là sự opsonin hóa (opsonization).
Quá trình thực bào bởi các bạch cầu trung tính. Các bạch cầu trung tính đi vào trong các mô thì đã là các tế bào trưởng thành mà có thể ngay lập tức bắt đầu quá trình thực bào. Khi tiếp cận một phần tử được thực bào, bạch cầu trung tính đầu tiên bám vào phần tử và sau đó nhô các giả túc (pseudopodia) theo mọi hướng quanh phần từ. Các giả túc gặp nhau ở phía đối diện và hợp lại với nhau. Hoạt động này tạo thành một buồng kín mà chứa phần tử thực bào. Sau đó, buồng được chìm vào trong khoang bào tương và tách khỏi màng tế bào bên ngoài để hình thành nên một túi thực bào (phagocytic vesicle) trôi tự do (còn được gọi là một thể thực bào [phagosome]) bên trong bào tương. Một bạch cầu trung tính thường có thể thực bào 3 đến 20 vi khuẩn trước khi bạch cầu trung tính trở nên bất hoạt và chết.
Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. Hẹn gặp lại các bạn trong các bài viết tiếp theo nhé !!!
