Льюис Уолперт - Чудесная жизнь клеток: как мы живем и почему мы умираем
Основная причина, по которой мы миримся с подобным поведением бактерий и позволяем им вести себя внутри нас как дома, заключается в том, что их присутствие предотвращает вторжение в организм других по-настоящему опасных микроорганизмов, — ведь привычные бактерии уже оккупировали все уютные ниши, возникающие между нашими клетками. К тому же многие бактерии приносят нам не только вред, но и очевидную пользу — так, без бактерий невозможно нормальное пищеварение. Различать нужные человеку бактерии от нежелательных пришельцев позволяет иммунная система.
Дети, находящиеся в утробе матери, не сталкиваются с бактериями, однако вскоре после появления на свет их кишечник становится местом весьма плотного скопления бактерий. Они проникают в организм через нос, задний проход, рот, любую поврежденную область кожи. Важная преграда на их пути — кожный покров. Специальными средствами защиты, позволяющими обезопасить человека от проникновения бактерий, обладают клетки внутренних тканей. А клетки, устилающие наши дыхательные пути, покрыты слоем защитной слизи, которая вместе с бактериями выводится при помощи специальных ресничек.
Что до «полезных» бактерий, то надо иметь в виду: в определенных условиях они могут стать злейшими врагами человека. Например, бактерии, помогающие нам переваривать пищу, несут ответственность за возникновение целого ряда заболеваний, среди которых кишечные воспаления и рак толстой кишки. Язва желудка, как выяснилось совсем недавно, также вызывается бактериями. Сделавший это открытие врач поставил опыт на себе — он принял внутрь чистую культуру «язвообразующей» бактерии, и у него действительно развилась язва желудка.
Само образование язвы чаще всего связано с токсинами, которые выделяются бактериями. Эти токсины разъедают слизистую стенку желудка и создают очаг инфекции, где бактерии размножаются во всевозрастающих количествах и откуда, расширяя сферу своего влияния, распространяются далее. И если бы в борьбу с ними не вступала иммунная система, фатальный результат был бы неизбежен.
Для начала рассмотрим явление воспаления, которое является признаком работы врожденной иммунной системы человеческого организма. Клетки хорошо справляются с лечением таких ран, как порезы кожи, — при условии, правда, что рана не слишком велика. Поврежденные кровеносные сосуды испускают из себя кровь, которая собирается в сгустки благодаря действию тромбоцитов. Эти кровяные клетки собираются вместе и связываются белковыми нитями, образуя своего рода затычку раны, — из нее впоследствии разовьется сухая корка. Нейтрофилы, белые кровяные тельца из кровеносных сосудов, направляются в поврежденную область, и благодаря этому под коркой начинают активно размножаться клетки кожи, образуя новый слой эпидермиса. Сюда же направляются и макрофаги, которые съедают мертвые клетки, чье содержимое может оказаться вредоносным для соседних с ними неповрежденных клеток и затормозить процесс излечения.
При относительно небольших повреждениях рана вскоре затягивается, и след от нее постепенно исчезает. Однако если потеря кожи составляет больше двух дюймов и рана достаточно глубока, для эффективного излечения потребуется пересадка кожи. Эту кожу берут с других участков тела либо, пользуясь современными технологиями, выращивают в искусственной питательной среде.
Если сломана кость, процесс восстановления проходит по-другому. В этом случае определяющую роль в процессе излечения играет состоящая из соединительной ткани покрывающая кость оболочка. Именно она поставляет большую часть клеток, жизненно необходимых для излечения поврежденной кости, — из этих клеток образуется хрящ. После того как происходит повреждение кости, стенки кровеносных сосудов сжимаются и образуется кровяной сгусток, что предотвращает дальнейшее кровотечение. Затем все клетки, образовавшие кровяной сгусток, отмирают. Спустя несколько дней в месте перелома образуется соединительный хрящ, который затем заменяется костной тканью благодаря особым клеткам — остеобластам, вырабатываемым костным мозгом.
Воспаление является первоначальным ответом на травму нашей врожденной иммунной системы. Это тот механизм, который применяется для защиты от практически любого неблагоприятного воздействия — при инфекциях, механических повреждениях тканей или перегреве. Воспалительный процесс вынуждает расположенные в области повреждения клетки просить помощи у других клеток тела, включая клетки иммунной системы. Однако есть момент, который тоже не следует упускать из виду. Воспаление ведет к уничтожению вредоносного микроорганизма, но при этом оно само может причинить вред тканям, как это бывает, например, при туберкулезе.
Проникновение болезнетворных бактерий или вирусов заставляет клетки генерировать три типа химических сигналов. Первая реакция на боль заключается в том, что расположенные в поврежденном месте нервные клетки выделяют особые, «сигнальные», молекулы. Затем каждая из поврежденных клеток выделяет белки, которые сигнализируют о том, что ей требуется помощь. И если клетки идентифицируют присутствие бактерий, то это приводит к испусканию еще одного типа химических сигналов.
В число тех клеток, которые участвуют в генерации сигналов при активизации врожденной иммунной системы, входят так называемые тучные клетки, или мастоциты. Они выделяют вещества, которые увеличивают приток крови, и за счет этого способствуют появлению воспаления. Тучные клетки разбросаны по кожному покрову человека и обеспечивают самую раннюю реакцию на инфекцию, выделяя основные сигнальные молекулы. Их часто называют «химическими фабриками»: тучные клетки производят 10 тысяч различных молекул, способных сделать кровеносные сосуды проницаемыми и активировать иммунную систему. Выделения тучных клеток способны вызвать и зуд на коже, и течь из носа, и даже спровоцировать удушающие приступы астмы. Однако — это стало ясно совсем недавно — они являются ключевыми элементами в деле борьбы с инфекциями, поскольку направляют в инфицированное место лимфоциты и активируют действие иммунной системы. К отрицательным сторонам воздействия тучных клеток относится то, что они могут вызвать ревматоидный артрит и способствуют уничтожению шванновских клеток — защитных оболочек нервов, что вызывает рассеянный склероз, а при заболевании раком они участвуют в привлечении кровеносных сосудов к месту опухоли. Все это наносит вред здоровым клеткам, в силу чего возникла необходимость в развитии механизмов, которые могли бы предотвратить деятельность тучных клеток после того, как опасность со стороны бактерий миновала.
Пример острого воспаления — аппендицит. Больной при аппендиците чувствует боль, а также весьма часто — тошноту и жар. Обычно закупоривание какого-то отдела червеобразного отростка слепой кишки вызывает в нем повышение давления, что влияет на кровоснабжение и повреждает стенку аппендикса. В травмированное место вторгаются бактерии, в результате чего возникает воспаление.
При травме к месту повреждения увеличивается поступление крови, и там накапливаются красные кровяные тельца. Одновременно в дело вступают лейкоциты — белые кровяные тельца иммунной системы. Они проникают сквозь растянувшиеся стенки сосудов и принимаются за важную работу по уничтожению инородных тел и «поеданию» остатков умерших клеток. Лейкоциты включают в свой состав такие клетки, как макрофаги, чья функция заключается в очистке организма от ненужного мусора. Эти клетки устремляются к месту повреждения, следуя за особыми химическими сигналами о помощи и именно в том направлении, где концентрация таких сигналов наивысшая. Очень часто так сигнализируют о себе продукты жизнедеятельности вторгшихся бактерий. Когда лейкоциты оказываются поблизости от скопления бактерий, они могут даже пройти через слой тканей для того, чтобы подобраться к нему вплотную; затем они обволакивают и убивают бактерии. При этом выделяются энзимы, которые атакуют вредоносные микроорганизмы. У лейкоцитов есть биологические механизмы для распознавания инородных тел. Однако они порой уничтожают и здоровые ткани в непосредственной близости от себя. Ведь убить вторгшиеся бактерии, не нанеся при этом вреда нормальным клеткам, не так-то просто; это показывает, например, развитие в организме туберкулеза.
Заболевание туберкулезом вызывается бактерией, открытой Робертом Кохом в 1878 году. Несмотря на успехи, достигнутые в борьбе с этой болезнью, ныне по меньшей мере треть населения земного шара подвержена воздействию палочки Коха; считается, что каждую секунду в мире заражается туберкулезом один человек. Однако туберкулез вызывает не сама пробравшаяся в наш организм вредоносная бактерия и не выделяемые ею токсины — болезнь возникает как ответ человеческого организма на проникновение туберкулезной бактерии. Когда туберкулезные палочки через дыхательные пути проникают в легкие, они обычно вызывают повреждение ткани легких диаметром примерно в один сантиметр и начинают в этом месте размножаться. Макрофаги, естественно, реагируют на это вторжение и принимаются пожирать вредоносные бактерии. Затем к этому месту прибывают Т-лимфоциты, о которых пойдет речь ниже; они связываются с макрофагами, заставляя эти клетки уничтожать оказавшиеся внутри них бактерии. Все это вызывает местное воспаление, из-за которого гибнут многие нормальные клетки легких.
