Các bạch cầu trung tính và các đại thực bào đề kháng lại các nhiễm trùng
Quá trình thực bào (phagocytosis)
Quá trình thực bào bởi đại thực bào. Các đại thực bào là sản phẩm cuối cùng của bạch cầu đơn nhân mà đi vào trong các mô từ màu. Khi được hoạt hóa bởi hệ thống miễn dịch, như được mô tả trong loạt bài viết sau, thì chúng trở thành các tế bào thực bào mạnh mẽ hơn nhiều so với bạch cầu trung tính, thường có khả năng thực bào nhiều đến 100 vi khuẩn. Chúng cũng có khả năng nuốt nhiều phần tử lớn hơn nhiều, thậm chí toàn bộ RBCs hay đôi khi là các ký sinh trùng sốt rét, ngược lại, bạch cầu trung tính thì không có khả năng thực bào các phần từ lớn hơn nhiều so với vi khuẩn. Ngoài ra, sau khi tiêu hóa các phần tử, các đại thực bào có thể thải ra các sản phẩm thừa và thường sống sót và thực hiện chức năng trong nhiều tháng nữa.
Một khi bị thực bào, hầu hết các phần tử được tiêu hóa bởi các enzyme nội bào. Một khi một phần tử ngoại lai được thực bào, các lysosomes và các hạt bào tương khác trong bạch cầu trung tính hay đại thực bào ngay lập tức tiếp xúc với túi thực bào, và các màng của chúng hợp lại với nhau, bằng cách đó, tống nhiều enzymes tiêu hóa và các chất diệt khuẩn vào trong túi. Vì thế, túi thực bào bây giờ trở thành một túi tiêu hóa (digestive vesicle), và sự tiêu hóa phần tử được thực bào bắt đầu ngay lập tức.
Cả bạch cầu trung tính và đại thực bào đều chứa một lượng dồi dào các lysosomes được đổ đầy các enzyme phân giải protein (proteolytic enzymes) đặc biệt phục vụ cho sự tiêu hóa vi khuẩn và các chất protein ngoại lai khác. Các lysosomes của các đại thực bào (mà không phải của bạch cầu trung tính) cũng chứa các lượng lớn lipases, mà tiêu hóa các màng lipid dày được sở hữu bởi một số vi khuẩn như các trực khuẩn lao.
Các bạch cầu trung tính và các đại thực bào có thể giết chết vi khuẩn. Ngoài sự tiêu hóa các vi khuẩn được ăn vào trong thể thực bào, các bạch cầu trung tính và các đại thực bào chứa các chất diệt khuẩn (bactericidal agents) mà giết chết hầu hết các vi khuẩn, ngay cả khi các enzymes lysosome không tiêu hóa được chúng. Đặc điểm này thì đặc biệt quan trọng bởi vì một số vi khuẩn có các áo bảo vệ hoặc các yếu tố khác mà ngăn cản sự phá hủy chúng bởi các enzymes tiêu hóa. Hầu hết tác động tiêu diệt do một số chất oxy hóa (oxidizing agents) mạnh mẽ được hình thành bởi các enzymes trong màng của thể thực bào hoặc bởi một bào quan đặc biệt được gọi là peroxisome. Các chất oxy hóa này bao gồm các lượng lớn của superoxide (O2–), hydrogen peroxide (H2O2) và các ions hydroxyl (OH–), mà gây chết đối với hầu hết các vi khuẩn, ngay cả với các lượng nhỏ. Ngoài ra, một trong số các enzymes lysosome, là myeloperoxidase, xúc tác phản ứng giữa H2O2 và các ion chloride để hình thành nên hypochlorite, là chất diệt khuẩn cực kì mạnh.
Một số vi khuẩn, đáng chú ý là trực khuẩn lao, có các áo mà kháng lại sự tiêu hóa của lysosome và cũng bài tiết các chất mà một phần kháng lại các tác động tiêu diệt của các bạch cầu trung tính và đại thực bào. Các vi khuẩn này thì gây ra nhiều bệnh mạn tính như lao.
Hệ thống tế bào bạch cầu đơn nhân-đại thực bào (hệ thống võng nội mô)
Trong các phần trước đây, chúng ta đã mô tả các đại thực bào chủ yếu là các tế bào di động có khả năng đi qua các mô. Tuy nhiên, sau khi đi vào trong các mô và trở thành các đại thực bào, một phần lớn các bạch cầu đơn nhân khác trở nên bám dính vào trong các mô và bám dính trong nhiều tháng hoặc thậm chí nhiều năm cho đến khi chúng được gọi đến để thực hiện các chức năng bảo vệ cục bộ chuyên biệt. Chúng có cùng các khả năng như các đại thực bào di động để thực bào các lượng lớn vi khuẩn, vi rút, mô hoại tử hoặc các phần tử ngoại lai khác trong mô. Ngoài ra, khi được kích thích một cách phù hợp, chúng có thể tách khỏi các vị trí bám và một lần nữa trở thành các đại thực bào di động mà đáp ứng với hóa hướng động và tất cả các kích thích khác mà liên quan đến quá trình viêm. Vì thế, cơ thể có một hệ thống bạch cầu đơn nhân-đại thực bào trong hầu hết tất cả các khu vực mô.
Toàn bộ sự kết hợp của các bạch cầu đơn nhân, các đại thực bào di động, các đại thực bào mô cố định và một số ít các tế bào nội mô chuyên biệt trong tủy xương, lách và các hạch bạch huyết được gọi là hệ thống võng nội mô (reticuloendothelial system). Tuy nhiên, tất cả hoặc hầu như tất cả các tế bào này có nguồn gốc từ các tế bào gốc bạch cầu đơn nhân; vì thế, hệ thống võng nội mô thì hầu như tương đương với hệ thống bạch cầu đơn nhân-đại thực bào. Bởi vì thuật ngữ hệ thống võng nội mô thì nổi tiếng hơn nhiều trong y văn so với thuật ngữ hệ thống bạch cầu đơn nhân-đại thực bào (monocyte-macrophage system), nên nó được nhớ đến như là một hệ thống thực bào nói chung nằm trong tất cả các mô, đặc biệt là trong các khu vực mô nơi mà các lượng lớn của các phần tử, các chất độc và các chất không cần thiết khác phải được phá hủy.
Các đại thực bào mô trong da và các mô dưới da (các mô bào [histiocytes]). Da thì hầu như luôn vững vàng trước các tác nhân nhiễm trùng, trừ khi nó bị tổn thương. Khi nhiễm trùng bắt đầu trong một mô dưới da và viêm cục bộ bắt đầu, các đại thực bào mô cục bộ có thể phân chia tại chỗ và hình thành nhiều đại thực bào hơn. Sau đó, chúng thực hiện các chức năng thông thường của việc tấn công và phá hủy các tác nhân nhiễm trùng, như được mô tả sau.
Các đại thực bào trong các hạch bạch huyết. Về bản chất không có vật chất nhất định mà đi vào trong các mô, như các vi khuẩn, có thể được hấp thu một cách trực tiếp qua các màng mao mạch vào trong máu. Thay vào đó, nếu như các phần tử không bị phá hủy một cách cục bộ trong các mô thì chúng sẽ đi vào trong dịch bạch huyết và chảy đến các hạch bạch huyết nằm gián đoạn dọc theo chặng đi của dòng bạch huyết. Các phần tử ngoại lai sau đó được giữ lại trong các hạch này trong một mạng lưới các xoang được lót bởi các đại thực bào mô (tissue macrophages).
Hình 1 minh họa tổ chức tổng quan của hạch bạch huyết, cho thấy dịch bạch huyết đi vào qua bao hạch bạch huyết thông qua các mạch bạch huyết đến (afferent lymphatics), sau đó chảy qua các xoang tủy của hạch (nodal medullary sinuses) và cuối cùng đi ra ngoài qua rốn hạch (hilus) vào trong các mạch bạch huyết đi (efferent lymphatics) mà cuối cùng đổ vào trong máu tĩnh mạch.
Các số lượng lớn đại thực bào lót các xoang bạch huyết và nếu như bất cứ phần tử nào đi vào trong các xoang bởi đường dịch bạch huyết thì các đại thực bào sẽ thực bào chúng và ngăn cản sự lan tỏa toàn bộ trên khắp cơ thể.
Các đại thực bào phế nang trong các phổi. Một chặng đi khác mà bằng cách đo các vi sinh vật xâm nhập thường đi vào trong cơ thể là qua các phổi. Các số lượng lớn các đại thực bào mô xuất hiện dưới dạng các thành phần không thể tách rời của các thành phế nang. Chúng có thể thực bào các phần tử mà bị giữ lại trong các phế nang. Nếu như các phần tử có thể được tiêu hóa thì các đại thực bào cũng có thể tiêu hóa chúng và giải phóng các sản phẩm tiêu hóa vào trong dịch bạch huyết. Nếu như phần tử không thể được tiêu hóa, các đại thực bào thường hình thành nên một bao tế bào khổng lồ quanh phần tử cho đến lúc – nếu có – mà nó có thể được hòa tan từ từ. Những bao (capsules) như thế thường được hình thành quanh các trực khuẩn lao, các phần tử bụi silic và thậm chí các phần tử carbon.
Các đại thực bào (các tế bào Kupffer) trong các xoang gan. Một chặng đi khác mà bằng đường đó các vi khuẩn xâm nhiễm cơ thể là qua đường tiêu hóa. Các số lượng lớn vi khuẩn từ thực ăn được tiêu hóa liên tục đi qua niêm mạc đường tiêu hóa vào trong máu cửa. Trước khi máu này đi vào trong tuần hoàn hệ thống, nó đi qua các xoang gan (liver sinusoids), mà được lót bởi các đại thực bào mô được gọi là các tế bào Kupffer (Kupffer cells), được thể hiện trong Hình 2. Các tế bào này hình thành nên một hệ thống lọc phần tử hiệu quả mà hầu như không có vi khuẩn nào từ đường tiêu hóa đi qua máu cửa vào trong tuần hoàn hệ thống chung. Trên thực tế, các videos của quá trình thực bào bởi các tế bào Kupffer trình diễn quá trình thực bào một vi khuẩn trong dưới 0.01 giây.
Các đại thực bào của lách và tủy xương. Nếu như một vi sinh vật xâm nhập thành công đi vào trong tuần hoàn hệ thống thì có các lớp phòng thủ khác bởi hệ thống đại thực bào mô, đặc biệt là bởi các đại thực bào của lách và tủy xương. Trong cả hai mô này, các đại thực bào đều bị giữ lại bởi hệ thống lưới của hai cơ quan và khi các phần tử ngoại lại tiếp xúc với các đại thực bào này thì chúng sẽ bị thực bào.
Lách thì tương tự với các hạch bạch huyết, ngoại trừ việc là máu, thay vì dịch bạch huyết, chảy qua các khoảng mô của lách. Hình 3 cho thấy một thành phần ngoại vi nhỏ của mô lách. Chú ý rằng một động mạch nhỏ xuyên từ bao lách (splenic capsule) vào trong tủy lách (splenic pulp) và kết thúc trong các mao mạch nhỏ. Các mao mạch thì có nhiều lỗ, cho phép máu toàn phần đi ra khỏi các mao mạch vào trong các dây tủy đỏ (cords of red pulp). Máu sau đó dần dần nén ép qua lưới bè của các dây này và cuối cùng trở lại tuần hoàn qua các thành nội mô của các xoang tĩnh mạch (venous sinuses). Các bè của tủy đỏ và các xoang tĩnh mạch được lót bởi số lượng lớn các đại thực bào. Đường đi đặc biệt này của máu qua các dây tủy đỏ cung cấp một phương tiện đặc biệt cho việc thực bào các thành phần cần loại bỏ trong máu, bao gồm đặc biệt là các RBCs già và bất thường.
Viêm: Vai trò của các bạch cầu trung tính và đại thực bào
Viêm (inflammation)
Khi tổn thương mô xuất hiện, bất kể được gây ra bởi vi khuẩn, chấn thương, các chất hóa học, nhiệt hay bất cứ hiện tượng nào khác, thì nhiều chất được giải phóng bởi các mô tổn thương và gây ra các sự thay đổi thứ phát đáng kể trong các mô không tổn thương xung quanh. Toàn bộ các sự thay đổi mô phức tạp được gọi là viêm (inflammation).
Viêm được đặc trưng bởi các đặc điểm sau đây: (1) sự giãn của các mạch máu cục bộ, với một sự tăng lên kế tiếp trong lưu lượng máu cục bộ; (2) tăng tính thấm của các mao mạch, cho phép sự thoát của các lượng lớn dịch vào trong các khoảng kẽ; (3) thông thường, sự đông của dịch trong các khoảng kẽ do tăng các lượng fibrinogen và các proteins khác thoát ra từ các mao mạch; (4) sự di cư của các số lượng lớn bạch cầu hạt và bạch cầu đơn nhân vào trong mô; và (5) sự sưng lên của các tế bào mô. Một vài trong số nhiều sản phẩm của mô mà gây ra các phản ứng này là histamine, bradykinin, serotonin, prostaglandins, một số sản phẩm phản ứng khác nhau của hệ thống bổ thể (sẽ được mô tả trong loạt bài viết tiếp theo), các sản phẩm phản ứng của hệ thống đông máu, và nhiều chất được gọi là các lymphokines mà được giải phóng bởi các tế bào T mẫn cảm (một phần của hệ thống miễn dịch; cũng được nói đến trong loạt bài viết tiếp theo). Một số trong số các chất này hoạt hóa mạnh hệ thống đại thực bào và trong vòng một vài giờ, các đại thực bào bắt đầu tiêu diệt các mô bị phá hủy. Tuy nhiên, nhiều khi các đại thực bài cũng làm tổn thương nhiều hơn nữa các tế bào của mô vẫn còn sống.
Tác động “tạo thành” của viêm. Một trong số các kết quả đầu tiên của quá trình viêm là “tạo thành” (wall off) cho khu vực bị tổn thương khỏi các mô còn lại. Các khoảng kẽ mô và các mạch bạch huyết trong vùng viêm bị chặn bởi các cục fibrinogen đông sao cho sau một lúc, dịch hầu như không chảy qua khoảng kẽ mô. Quá trình tạo thành này làm trì hoãn sự lan rộng của vi khuẩn hay các sản phẩm gây độc.
Cường độ của quá trình viêm thường tỷ lệ với mức độ tổn thương mô. Ví dụ, khi các tụ cầu xâm nhập các mô, chúng giải phóng các chất độc tế bào cực kỳ mạnh gây chết tế bào. Kết quả, viêm phát triển nhanh chóng – trong thực tế, nhanh hơn nhiều so với việc các tụ cầu có thể nhân lên và lan rộng. Vì thế, sự nhiễm tụ cầu cục bộ được “tạo thành” một cách nhanh chóng đặc trưng và ngăn cản sự lan rộng khắp cơ thể. Ngược lại, các liên cầu không gây ra các sự phá hủy mô cục bộ mạnh mẽ như vậy. Vì thế, quá trình tạo thành phát triển một cách chậm chạp qua nhiều giờ, đồng thời nhiều liên cầu nhân lên và di cư. Kết quả, liên cầu thường có một khuynh hướng lớn hơn nhiều trong việc lan rộng trên khắp cơ thể và gây ra tử vong hơn tụ cầu, mặc dù các tụ cầu thì phá hủy các mô nhiều hơn.
Các đáp ứng của đại thực bào và bạch cầu trung tính trong suốt quá trình viêm
Các đại thực bào mô cung cấp “lớp phòng ngự” đầu tiên chống lại nhiễm trùng. Trong vòng vài phút sau khi viêm bắt đầu, các đại thực bào mà đã xuất hiện trong các mô, bất kể các mô bào trong các mô dưới da, các đại thực bào phế nang trong các phổi, tiểu tế bào thần kinh đệm (microglia) trong não, hay các tế bào khác, ngay lập tức bắt đầu các hoạt động thực bào của chúng. Khi được hoạt hóa bởi các sản phẩm của sự nhiễm trùng và viêm, tác động đầu tiên là sự phình to nhanh chóng của mỗi trong số các tế bào này. Tiếp theo, nhiều trong số các đại thực bào cố định trước đây tách ra khỏi các sự bám của chúng và trở nên di động, hình thành nên lớp phòng ngự đầu tiên chống lại nhiễm trùng trong suốt giờ đầu tiên và lâu hơn. Các số lượng của các đại thực bào di động sớm này thường không lớn, nhưng chúng thực hiện vai trò cứu sinh (lifesaving).
Sự xâm nhập của bạch cầu trung tính đến vùng viêm là một “lớp phòng ngự” thứ hai. Trong vòng giờ đầu tiên hoặc lâu hơn sau khi quá trình viêm bắt đầu, các số lượng lớn của các bạch cầu trung tính bắt đầu xâm nhập vùng viêm từ máu. Sự xâm nhập này được gây ra bởi các cytokines gây viêm (như yếu tố hoại tử u [tumor necrosis factor] và interleukin-1) và các sản phẩm sinh hóa khác được sản xuất bởi các mô viêm mà khởi động các phản ứng sau đây:
1. Chúng gây ra sự biểu hiện tăng lên của các phân tử bám dính (adhesion molecules) như selectins và phân tử bám dính gian bào 1 (intercellular adhesion molecule-1 – ICAM-1) trên bề mặt của các tế bào nội mô trong các mao mạch và các tiểu tĩnh mạch. Các phân tử bám dính này, phản ứng với các phân tử integrin bổ sung trên các bạch cầu trung tính, làm cho các bạch cầu trung tính bám dính vào các thành mao mạch và tiểu tĩnh mạch trong vùng viêm. Tác động này được gọi là sự tụ vách (margination) và được thể hiện trong Hình 2 (bài viết trước) và chi tiết hơn trong Hình 4.
2. Chúng cũng làm cho các sự bám dính gian bào giữa các tế bào nội mô của các mao mạch và các tiểu tĩnh mạch nhỏ bị lỏng lẻo, tạo ra các lỗ mở đủ lớn cho các bạch cầu trung tính đi qua các mao mạch bởi sự xuyên mạch vào trong các khoảng kẽ mô.
3. Chúng sau đó gây ra sự hóa hướng động (chemotaxis) của bạch cầu trung tính về phía các mô tổn thương như được giải thích trước đây. Toàn bộ quá trình bạch cầu trung tính (hay các chất và các tế bào khác như bạch cầu đơn nhân) chuyển dịch vị trí qua các mao mạch vào trong các mô xung quanh chúng được gọi là sự thoát mạch (extravasation); đường đi đặc trưng của các tế bào máu chuyên biệt qua các thành liên quan của mao mạch được gọi là sự xuyên mạch (diapedesis), mặc dù thuật ngữ này thường được sử dụng thay thế với sự thoát mạch khi đang nói đến sự di chuyển của tế bào máu qua các mao mạch vào trong các mô.
Vì thế, trong vòng một vài giờ sau khi tổn thương mô bắt đầu, khu vực tổn thương được cung cấp nhiều bạch cầu trung tính. Bởi vì các bạch cầu trung tính của máu đã là các tế bào trưởng thành nên chúng sẵn sàng bắt đầu các chức năng dọn dẹp là tiêu diệt các vi khuẩn và loại bỏ các chất ngoại lai ngay lập tức.
Sự tăng lên cấp tính trong số lượng bạch cầu trung tính trong máu – tăng bạch cầu trung tính (neutrophilia). Ngoài ra, trong vòng một vài giờ sau khi khởi phát viêm cấp tính nghiêm trọng, số lượng bạch cầu trung tính trong máu đôi khi tăng bốn đến năm lần – từ một mức bình thường là 4,000 đến 5,000 lên đến 15,000 đến 25,000 bạch cầu trung tính/μl. Tình trạng này được gọi là tăng bạch cầu đa nhân trung tính (neutrophilia), có nghĩa là một sự tăng lên trong số lượng bạch cầu trung tính trong máu. Tăng bạch cầu đa nhân trung tính được gây ra bởi các sản phẩm của quá trình viêm mà đi vào trong máu, được vận chuyển đến tủy xương và tác động ở đó lên các bạch cầu trung tính tích trữ của tủy xương để huy động các tế bào này vào trong máu tuần hoàn. Điều này khiến nhiều bạch cầu trung tính hơn nữa có mặt trong vùng mô viêm.
Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. Hẹn gặp lại các bạn trong các bài viết tiếp theo nhé !!!
