Реакции иммунитета В конце XVIII — начале

Реакции иммунитета

В конце XVIII — начале XIX веков опытным путем было установлено, что многие инфекционные заболевания могут быть предотвращены или ослаблены с помощью вакцин (ослабленных возбудителей заболеваний или их продуктов) или сывороток (элементы крови животных или человека, уже перенесших заболевание). При вакцинации здоровому человеку вводятся антигены, на которые организм вырабатывает собственные антитела (искусственный активный иммунитет); При использовании сывороток в организм человека вводятся уже готовые антитела, которые некоторое время сохраняются в крови и предотвращают возникновение заболевания (искусственный пассивный иммунитет).

Важным рубежом в разработке теорий иммунитета явились исследования П. Эрлиха и И. И. Мечникова в конце XIX — начале XX веков. П. Эрлих разрабатывал теорию молекулярных механизмов иммунитета. Он утверждал, что основу иммунитета составляют образующиеся в организме антитела и их взаимодействие с антигенами (так называемая теория «гуморального иммунитета» ). И. И. Мечников первым обратил внимание на важную роль лейкоцитов в проявлении защитных реакций организма на инфекции. Он заложил основы теории о так называемом «клеточном иммунитете» и доказал, что фагоцитоз является важнейшим элементом защитных реакций у всех многоклеточных животных.

Крупный шаг в изучении иммунитета был сделан в 1955 -1970 гг, когда исследования М. Вернет, П. Медавар, Н. Ерне и др. ученых позволили установить главные молекулярно-клеточные механизмы иммунитета, выяснить роль отдельных видов лейкоцитов и различных классов антител в иммунных реакциях на вирусную и микробную инфекцию,

Иммунитет — это сложная многоступенчатая система клеточных и молекулярных реакций, направленных на обнаружение и уничтожение чуждых органических веществ и их носителей. Защитные механизмы разделяют на неспецифические и специфические. Неспецифические защитные механизмы (или врожденный иммунитет) направлены против проникновения в организм чужеродных органических веществ и их носителей. Защитную функцию такого рода выполняют все виды эпителиев, особенно кожи, пищеварительного канала и воздухоносных путей. Если же инфекции удается преодолеть этот барьер то они сталкиваются с защитными клетками крови и тканей, прежде всего с лейкоцитами. Эти клетки распознают на поверхности мембран или оболочек клеток чужеродные белки (антигены), осуществляют фагоцитоз и разрушение чужеродных агентов. Кроме того, во многих тканях и жидкостях присутствуют вещества, обладающие антивирусной и антибактериальной активностью — лизоцим (обеспечивает разрушение бактериальных оболочек) и интерферон (препятствует проникновению вирусов в клетки и угнетает синтез вирусных белков в инфицированных клетках).

Специфические защитные механизмы (приобретенный иммунитет) осуществляют лимфоциты и вырабатываемые ими антитела и другие активные вещества. Лимфоциты узнают о появлении антигена (распознают его) с помощью мембранных белков-рецепторов, взаимодействуют с антигеном и уничтожают его, а также запоминают особенности этого антигена (клетки памяти), что значительно ускоряет развитие иммунной реакции на вторичное проникновение такого же антигена. В структуре этих мембранных рецепторов есть особые фрагменты пептидных цепочек — активные распознающие центры, с помощью которых рецепторы и антитела взаимодействуют с антигеном.

В группу клеток крови под общим названием лейкоциты входит пять основных видов клеток — нейтрофилы, базофилы, эозинофилы, моноциты и лимфоциты. Все эти клетки берут свое начало от стволовых клеток красного костного мозга (ККМ), из которых формируются миелобласты и лимфатические стволовые клетки. Из миелобластов в ККМ развиваются «зернистые лейкоциты» - первые три вида клеток из перечисленных выше. Лимфатические стволовые клетки покидают ККМ и перемещаются в лимфоидные органы и ткани — в селезенку, в миндалины, в вилочковую железу (тимус), в лимфатические узлы и в глубокие слои кожи (дерма), где они преобразуются в лимфоциты и моноциты ( «незернистые лейкоциты» ). Важной особенностью всех типов клеток-лейкоцитов является то, что они обладают способностью выходить из сосудов в ткань и возвращаться обратно в кровь.

Нейтрофилы — самая многочисленная фракция лейкоцитов крови, которая первой включается в защитные реакции организма (d=10 -15 мкм). Главными функциями нейтрофилов являются: • уничтожение возбудителей инфекций (бактерий, простейших и грибов), а также устранение поврежденных клеток и межклеточного вещества (например, после механического повреждения тканей или нарушения в них кровообращения); • регулирующее влияние на другие виды лейкоцитов (нейтрофилы вырабатывают особый класс активных веществ — цитокины). Б а з о ф и л ы. Самая малочисленная фракция лейкоцитов в крови. По размеру и строению сходны с нейтрофилами. Главными функциями базофилов являются: • регуляторная — эти клетки изменяют сократимость гладких мышц сосудов, бронхов, пищеварительного тракта, проницаемость сосудов, свертываемость крови и др. ; • защитная — они участвуют в развитии воспалительного процесса и аллергической реакции.

Эозинофилы. Доля этих клеток от общего количества лейкоцитов составляет примерно 2 -5 %, но она может значительно колебаться. Особенностью эозинофилов является то, что уже через несколько часов после того, как эозинофилы переходят из красного костного мозга в кровь, они выходят из сосудистого русла в ткани (главное место локализации), преимущественно в слизистые оболочки внутренних органов и в кожу, а кроме того, на поверхности слизистых оболочек воздухоносных путей (носовая полость и бронхи). Основная функция эозинофилов — участие в иммунных и прежде всего в аллергических реакциях. Они локализуют очаги воспалительных и иммунных реакций, препятствуют их распространению на здоровые участки тканей, нейтрализуют активные вещества, вырабатываемые другими видами лейкоцитов.

Моноциты. Самые крупные клетки среди лейкоцитов (18 -20 мкм). После перехода моноцитов из крови в ткани они превращаются в макрофаги и приобретают некоторые особенности в строении и функциях. Например, в костной ткани моноциты превращаются в остеокласты, в соединительной ткани — в гистиоциты, в печени — в клетки Купфера и т. д. Основные функции: • фагоцитоз и переработка поврежденных (в т. ч. раковых) клеток; • захват и переработка всех видов гранулоцитов, которые выполнили свои защитные функции по уничтожению возбудителей инфекций; • устранение старых форменных элементов крови; • секреция разнообразных регуляторных веществ, направленных на восстановление (регенерацию) поврежденных элементов тканей. Во всех тканях организма, но прежде всего в слизистых оболочках воздухоносных путей, обязательно присутствуют особого вида макрофаги, которые называются антигенпредставляющие клетки.

В отличие от остальных макрофагов антигенпредставляющие клетки предназначены для обнаружения антигенов и их предъявления лимфоцитам. Захватив антигены в коже или в слизистых оболочках, клетки данного вида макрофагов выходят из ткани в кровеносное или лимфатическое русло и перемещаются в лимфоидные органы, где предъявляют антигены созревающим лимфоцитам. Лимфоциты. Особая группа лейкоцитов, вторая по численности после нейтрофилов. По многим параметрам эти клетки различаются между собой и распадаются на отдельные подгруппы. Первоисточником всех лимфоцитов являются стволовые клетки красного костного мозга, однако окончательное созревание лимфоцитов происходит в разнообразных лимфоидных органах. Лимфоциты осуществляют свою функцию либо за счет выработки антител, либо за счет прямого взаимодействия с антигенами или с их носителями. По своему участию в защитных реакциях лимфоциты делятся на две основные группы: В- и Т-лимфоциты.

1. В-лимфоциты – вырабатывают антитела (иммуноглобулины) на проникающие в организм антигены. У человека выделяют пять основных классов иммуноглобулинов (Ig): 1) Ig. G — основная фракция иммуноглобулинов, составляющая около 75 % от всей массы иммуноглобулинов плазмы, служат для активизации нейтрофилов и макрофагов; 2) Ig. M — около 10 % иммуноглобулинов плазмы крови, связываются с антигенами бактерий, маркируют их и способствуют их гибели; 3) Ig. А — составляют 15 -20 % от всей фракции иммуноглобулинов, в большом количестве присутствуют на слизистых оболочках и в их секретах, блокируют соединение бактерий с эпителиальными клетками и их проникновение через эпителии; 4) Ig. Е — этот вид иммуноглобулинов присутствует в плазме в очень низких концентрациях, вырабатывается преимущественно в слизистых оболочках пищеварительного тракта и воздухоносных путей, активизирует работу базофилов, эозинофилов и макрофагов, концентрация Ig. Е резко увеличивается при аллергических реакциях; 5) Ig. D – для данного вида иммуноглобулинов также характерна низкая концентрация в плазме, основная масса этих белков расположена на поверхностной мембране В-лимфоцитов, они выполняют функцию антиген -распознающих рецепторов.

2. Т-лимфоциты — распознают клетки организма, на мембранах которых они обнаруживают антигены, и взаимодействуют с ними. Антигены на мембранах клеток могут появиться: 1) у зараженных вирусами(или бактериями) клеток и у раковых клеток; 2) у клеток иммунной системы, которые захватили путем фагоцитоза и переработали с помощью лизосом вирус, бактерию или выделяемые ими белки. Т-лимфоциты составляют 70 -80 % от общего количества лимфоцитов, они созревают в вилочковой железе — тимусе (отчего и получили свое название) и делятся на четыре основные группы. Тh-клетки — хелперы. Этот вид лимфоцитов осуществляет поиск различных клеток иммунной системы, которые осуществили захват антигенов и их расщепление с участием лизосом. Тk-клетки — киллеры или цитотоксические клетки, которые обследуют поверхности всех клеток организма и при обнаружении сигналов о наличии антигенов (из-за поражения вирусами или в результате перерождения) уничтожают такие клетки.

Тs-клетки — супрессоры или Тh 2 -клетки (хелперы второго типа): свою функцию осуществляют путем выработки вещества, тормозящего иммунные реакции. Они защищают собственные здоровые клетки от атаки В- и Т-лимфоцитов (защита от аутоиммунных реакций). Тм-клетки — запоминают информацию об уничтоженном антигене. За счет данных клеток значительно ускоряется реакция иммунной системы на вторичное проникновение в организм того же самого антигена (вирусы, бактерии и т. д. ) или на вторичное образование собственных дефектных клеток (в результате патологии). Натуральные киллеры (НК-клетки) — это немногочисленная популяция лимфоцитоподобных клеток, которые не относятся ни к Т-, ни к Влимфоцитам. Этот вид клеток составляет лишь 5 -10 % от общего числа лимфоцитов. Их главная функция состоит в обнаружении и разрушении патологических раковых клеток, а также клеток, пораженных вирусами или другими внутриклеточными паразитами. Данная популяция клеток участвует, главным образом, в осуществлении врожденного иммунитета.

Между В- и Т-лимфоцитами существует несколько принципиальных различий: 1. Рецепторы В-лимфоцитов и вырабатываемые ими антитела нацелены на распознавание антигена по форме его молекулы (распознавание четвертичной или третичной структуры белка), в то время как рецепторы Тлимфоцитов ориентированы на распознавание коротких фрагментов аминокислотных последовательностей в молекулах антигенов. 2. В-лимфоциты обнаруживают антигены в процессе прямого контакта с ними (без участия посредников). Т-лимфоциты узнают о появлении антигена только после того, как он будет предъявлен им особыми антигенпредставляющими клетками. Чаще всего эту функцию выполняют макрофаги, которые, захватив антиген путем фагоцитоза, расщепляют его, а затем выдвигают фрагменты антигена на поверхности наружной клеточной мембраны. После этого фрагмент антигена на поверхности макрофага распознают Тh-клетки — хелперы. 3. В-лимфоцит, распознавший и захвативший антиген, активизируется и начинает делиться, в результате чего образуется многочисленный клон Влимфоцитов, большинство которых превращается в плазматические клетки. Именно плазматические клетки осуществляют синтез и выделение антител на обнаруженный антиген (гуморальный иммунитет).

Тh-клетки, распознавшие фрагмент антигена на поверхности макрофагов, вырабатывают регуляторные вещества и активизируют Тk-клетки, которые выискивают среди клеток организма такие, у которых на поверхностной мембране присутствует подобный фрагмент антигена. Обнаружив инфицированные или переродившиеся клетки, Тk-клетки соединяются с ними и уничтожают их (клеточный иммунитет). Именно данный вид клеток ответственен за отторжение чужеродной ткани при пересадке органов.

Важным проявлением работы иммунной системы является постоянное уничтожение в организме дефектных клеток, образующихся в результате их инфицирования или нарушений работы генов (мутаций), ведущих к злокачественным новообразованиям. Аутоиммунные реакции. При определенных нарушениях среди лимфоцитов могут появляться такие, которые перестают узнавать родственные им клетки и подвергают их атаке иммунной системы. В результате этого гибнут собственные здоровые и полноценные клетки организма, от чего начинают страдать его отдельные функции и развиваться заболевание. Примерами таких аутоиммунных болезней являются: • диабет, связанный с гибелью клеток поджелудочной железы, вырабатывающих гормон инсулин, который обеспечивает поступление глюкозы в клетки; • рассеянный склероз, обусловленный гибелью клеток, которые вырабатывают белок миелин и связаны с длинными отростками нервных клеток; • ревматоидная болезнь сердца, вызываемая образованием антител на клетки сердечной мышцы; • системная красная волчанка, связанная с образованием в крови антител, атакующих полноценные клетки сосудов, кожи, почек и других органов; • ревматоидный артрит, обусловленный иммунной реакцией Т-лимфоцитов против структур суставов;

В норме такого явления не происходит, так как в процессе созревания Тлимфоцитов в вилочковой железе (тимусе) все они проходят проверку на способность к узнаванию «своих» клеток. Если в ходе такой проверки Т-лимфоцит не узнает комплекс белков, который является одинаковым для всех клеток, то такой лимфоцит тут же уничтожается. При аутоиммунных заболеваниях этот процесс контроля за Т-лимфоцитами по каким-то причинам нарушается и в кровь поступают агрессивные по отношению к собственным тканям лимфоциты.

Иммунодефицитные состояния. Эти заболевания обусловлены нарушением работы одного или сразу нескольких звеньев иммунных реакций. Например, при врожденном В-клеточном дефиците В-лимфоциты оказываются неспособными вырабатывать антитела (иммуноглобулины). Это заболевание связано с мутацией одного из генов в Х-хромосоме, поэтому, так же как и гемофилия, данное заболевание проявляется только у мужчин. Приобретенный иммунодефицит может возникать у людей под влиянием многих факторов внешней среды (ионизирующего облучения, авитаминоза, длительного применения некоторых гормонов, особенно глюкокортикоидов) или как следствие заболеваний, угнетающих иммунную систему, например, в результате заболеваний почек и желудочно-кишечного тракта, вирусных инфекций и т. д. Причиной возникновения и распространения СПИДа является вирус, который был выделен и описан в 1983 г. Он относится к группе ретровирусов и получил название вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Как и все вирусы данной группы, ВИЧ обладает белковым капсидом, внутри которого располагаются две цепочки РНК и фермент обратная транскриптаза. Однако данный вирус обладает рядом особенностей, которые и обусловливают тяжелейшие и пока еще неизлечимые нарушения в организме человека:

• этот вирус взаимодействует главным образом с Т-лимфоцитами и макрофагами; • за счет одного из белков капсида вирусные частицы слипаются с мембранами клеток, после чего РНК легко проникает в цитоплазму; • при участии обратной транскриптазы на молекулах РНК синтезируется двухцепочечная вирусная ДНК, которая встраивается в геном клетки и может начать продуцировать новые молекулы вирусных и. РНК для синтеза вирусных белков; • зрелые вирусы покидают погибающую клетку и инфицируют следующие клетки. В отличие от прочих ретровирусов, ВИЧ не приводит к неограниченному делению инфицированных клеток, а наоборот, вызывает их гибель, что приводит к ослаблению специфических защитных реакций организма, обеспечивающих приобретенный иммунитет.

Важная особенностью данного вируса — необычно высокая частота возникновения мутаций. На этапе синтеза ДНК на молекуле РНК фермент обратная транскриптаза допускает неточности, поэтому в конечном итоге в составе капсида все время возникают видоизмененные белки, которые позволяют вирусу ускользать от антител, вырабатываемых в организме против белков его капсида. Повышенная мутационная способность вирусов проявляется в том, что у больных выявляется сразу несколько мутантных линий ВИЧ. Именно это обстоятельство и не позволяет создать вакцину против данного вируса.

Проявлениями иммунных реакций являются: воспаление, аллергическая реакция, увеличение концентрации антител в крови и некоторые другие молекулярно-клеточные изменения. Воспаление — защитная реакция в местах проникновения чужеродных для организма существ, инородных тел, в местах повреждения собственных тканей. Внешними проявлениями воспаления являются покраснение участка повреждения и повышение его температуры из-за увеличения притока крови, развитие отека (припухлости) из-за проникновения в участок повреждения плазмы крови и ее компонентов, образование нагноения как результат проникновения в участок повреждения многочисленных нейтрофилов и моноцитов, которые осуществляют фагоцитоз чужеродных белков и поврежденных фрагментов тканей.

Особый вид иммунных реакций на антигены представляют собой аллергические реакции. Эти реакции развиваются на антиген, называемый аллергеном. Аллергены составляют особую группу антигенов, которые по своей природе не должны вызывать иммунную реакцию, и чаще всего не вызывают ее (пыльца разных видов растений, некоторые виды пищевых продуктов - яйца, рыба, грибы и др. ). Аллерген, попавший во внутреннюю среду организма с пищей или через воздухоносные пути и распознанный В-лимфоцитами, приводит к повышению концентрации в крови и тканях иммуноглобулина Ig. E, который активизирует базофилы, макрофаги и другие лейкоциты.