Специфические иммунные системы

Специфический иммунитет формируется (приобретенный иммунитет) лишь после начального взаимодействия с чужеродными факторами. В специфическом клеточном иммунитете важнейшая роль принадлежит Т-лимфоцитам, а в специфическом гуморальном иммунитете - В-лимфоцитам.

Иммунитет – механизм поддержания генетического гомеостаза организма.

Основоположником учения об иммунитете является Э. Дженнер, который в конце ХVIIIв. опытным путем нашел способ предупреждения заболевания натуральной оспой. И.И. Мечников сформулировал клеточную теорию иммунитета и открыл защитную роль фагоцитоза. В дальнейшем были открыты группы крови, создана теория образования антител. С середины 20-х гг. началось самостоятельное развитие иммунологии - науки, изучающей защитные реакции организма. Были открыты генетические механизмы тканевой несовместимости у мышей, расшифровано строение антител и молекулярные основы иммунного ответа и т.д.

Под иммунитетом понимается способность организма распознавать появление в организме чужеродных веществ или клеток и мобилизовывать клетки и образуемые ими вещества на эффективное их удаление с целью сохранения своей жизнеспособности.

6.3.1. Врожденный и приобретенный иммунитет

В основе врожденного иммунитета лежат неспецифические защитные механизмы. Это - барьерная функция крови и слизистых оболочек, бактерицидное действие молочной кислоты и жирных кислот в выделениях потовых и сальных желез, бактерицидные свойства желудочного и кишечного содержимого. Важную роль играет лизоцим, который разрушает оболочки бактериальных клеток и присутствует в слезной железе. К неспецифическим реакциям врожденного типа относится взаимодействие факторов сыворотки крови с поверхностью чужеродных частиц (микроорганизмов), что облегчает их захват фагоцитами. Одним из таких факторов естественного иммунитета является белок сыворотки крови пропердин. Фагоцитоз - главный механизм защиты против инфекций у безпозвоночных и центральный механизм неспецифического иммунитета у позвоночных. Клеточные формы иммунитета возникли раньше гуморальных. В филогенезе специфичность иммунологических реакций нарастает постепенно. В период внутриутробного развития у человека патогенное влияние некоторых бактериальных токсинов (брюшно-тифозного, сыпно-тифозного) не проявляется. По-видимому, это объясняется отсутствием специфических рецепторов на поверхности клеток. Подобным образом объясняется в настоящее время клеточная ареактивность при врожденном иммунитете. Естественный пассивный иммунитет обеспечивается антителами матери, которые проходят через плаценту и поступают в организм ребенка.

К естественно приобретенному иммунитету относится невосприимчивость к болезням после перенесенного заболевания. Приобретенный активный иммунитет можно образовать путем введения вакцин - ослабленных или убитых возбудителей инфекционных заболеваний или введением ослабленных токсинов, вырабатываемых микроорганизмами. В ответ на введение вещества организм приобретает иммунитет. Это искусственный активный иммунитет. Если же в организм человека вводится сыворотка, в которой находятся готовые антитела к возбудителю заболевания, то такой приобретенный иммунитет называется пассивным.

6.3.2. Т- и В- лимфоциты

В процессе эволюции у позвоночных и у человека, сформировались две системы иммунитета - клеточная и гуморальная. Они возникли как средство борьбы с веществами, которые воспринимаются как чужие. Эти вещества называются антигенами. Антигенными свойствами могут обладать макромолекулярные образования почти всех живых организмов. В ответ на внедрение антигенов в организм в зависимости от химического состава, дозы и формы введения будет различна и иммунная реакция: гуморальная или клеточная. Разнообразие антигенов бесконечно. Иммунная система способна распознать 10⁶ различных антигенов. Организм млекопитающих может распознавать не только видовые особенности антигенов, но и индивидуальные. Распознавание чужеродных антигенов (бактериальных, вирусных, грибковых и др.), "своих" и "чужих" - универсальное свойство организма. Разделение функций иммунитета на клеточный и гуморальный связано с существованием Т- и В-лимфоцитов.

Обе линии лимфоцитов развиваются из лимфатической стволовой клетки костного мозга. Затем в ходе развития и дифференциации она превращается в более специализированные клетки - предшественники Т- и В-лимфоцитов, которые потом преобразуются в Т- и В-лимфоциты.

Т-лимфоциты. Клеточный иммунитет

Благодаря Т-лимфоцитам происходит клеточная иммунная защита организма. Т-лимфоциты образуются из стволовых кроветворных клеток, которые мигрируют из костного мозга в вилочковую железу, в результате чего происходит их образование.

Формирование Т-лимфоцитов делится на два периода: антигеннезависимый и антигензависимый. Антигеннезависимый период заканчивается образованием антиген-реактивных Т-лимфоцитов. Механизм созревания Т-лимфоцитов еще до конца не изучен. Видимо, тимус выделяет гормон тимозин, который способствует созреванию Т-клеток. Корковое вещество тимуса наполнено лимфоцитами - тимоцитами, незрелыми клетками. В вилочковой железе происходит размножение Т-лимфоцитов и перестройка их генетических аппаратов. Во время антиген-зависимого периода клетка подготавливается для встречи с антигеном и под его воздействием размножается, в результате чего образуются различные типы Т-клеток. Распознавание антигена происходит в связи с тем, что на мембране этих клеток находятся рецепторы, распознающие антигены. В результате распознавания клетки размножаются, и образуется клон одинаковых Т-клеток. Эти клетки вступают в борьбу с несущими антиген микроорганизмами или вызывают отторжение чужеродной ткани. Т-клетки регулярно переходят из лимфоидных элементов в кровь, межтканевую среду, что увеличивает вероятность их встречи с антигенами. Существуют различные популяции Т-лимфоцитов: Т-киллеры (т.е. истребители), разрушающие клетки с антигеном; Т-хелперы, помогающие Т- и В-лимфоцитам реагировать на антиген и др.

Т-лимфоциты при контакте с антигеном вырабатывают лимфокины, которые являются биологически активными веществами. С помощью лимфокинов Т-лимфоциты управляют функцией других лейкоцитов. Выделены различные группы лимфокинов. Они могут как стимулировать, так и тормозить миграцию макрофагоцитов и т.д. Интерферон, вырабатываемый Т-лимфоцитами, тормозит синтез нуклеиновых кислот и защищает клетку от вирусных инфекций.

В-лимфоциты. Гуморальный иммунитет

В антигеннезависимый период костномозговой предшественник В-лимфоцитов, вероятно, дифференцируется в эмбриональной печени, а затем и в костном мозге. В антигензависимый период В-лимфоциты стимулируются антигеном и оседают в селезенке и лимфоузлах, фолликулах и центрах размножения. Здесь они преобразуются в плазматические клетки. В плазмацитах происходит синтез антител - иммуноглобулинов. У человека образуется пять классов иммуноглобулинов. В-лимфоциты принимают активное участие в иммунных процессах распознавания антигена. Но в отличие от Т-лимфоцитов они реагируют на антигены иначе. Размножаясь при стимуляции антигеном, они образуют клон плазматических клеток, которые синтезируют антитела и выделяют их в кровь. Здесь антитела взаимодействуют с антигенами, находящимися на поверхности клеток, или с бактериальными токсинами, и ускоряют захват антигенов фагоцитами. Реакция антиген - антитело лежит в основе гуморального иммунитета. Клетки, образующие антитела, живут лишь несколько дней, но за это время они выделяют около 2000 идентичных молекул в секунду.

Клетки как Т-, так и В-лимфоцитов обладают громадной разрешающей способностью узнавать один антиген из миллионов существующих. Это связано с громадной вариабельностью образующихся иммуноглобулиновых антител.

При иммунном ответе обычно действуют механизмы как гуморального, так и клеточного иммунитета, но в разной степени. Так, при кори преобладают гуморальные механизмы, а при контактной аллергии или реакциях отторжения - клеточный иммунитет.

Иммуноглобулины

Только антитела позвоночных обеспечивают максимальную специфичность гуморального иммунитета. Благодаря бесконечным вариациям одной основной молекулярной структуры распознаются антигены. Иммуноглобулины чрезвычайно изменчивы, что позволяет им выполнять защитную функцию распознавания чужеродных веществ. В процессе эволюции только у позвоночных образуются различные типы иммуноглобулинов. Всего их пять классов. Каждый класс выполняет свои функции.

В строении иммуноглобулинов выделена как устойчивая часть, позволяющая их разделить на определенные классы, подклассы и т.д., так и вариабельная часть, которая определяет специфичность антитела к определенному антигену.

Иммунологическая память

Это - способность иммунной системы организма после первого взаимодействия с антигеном специфически отвечать на его повторное введение. Позитивная иммунологическая память проявляется как ускоренный и усиленный специфический ответ на повторное введение антигена. Также она проявляется в увеличенном образовании антител в случае гуморального иммунитета, в ускоренном отторжении трансплантата и более интенсивной воспалительной реакции. Эти же процессы лежат в основе аллергических заболеваний. Негативная иммунологическая память, естественно или искусственно приобретенная, ведет к ослаблению или отсутствию иммунологического ответа на антиген при сохранении в целом иммунологических реакций организма.

Иммунологическая память на разные антигены различна. Она может быть краткосрочной (дни, недели), долговременной (месяцы, годы) и пожизненной. Например человек иммунизированный столбнячным анатоксином, т.е. экзотоксином, образуемым столбнячными бактериями, сохраняет иммунитет в течение десяти лет. Сохранение иммунологической памяти на такой большой срок связано с долгоживущими Т- и В-лимфоцитами. При вторичном ответе эти клетки быстро размножаются, в результате чего увеличиваются антителообразующие или антигенреактивные лимфоциты. Иммунную память можно перенести от иммунного донора к неиммунному реципиенту, переливая живые лимфоциты.

6.3.3. Клонально-селекционная теория образования антител

Клонально-селекционная теория образования антител была разработана в 1950-е годы Ерне, Бёрнетом, Толмеджем и Ледербергом и в настоящее время общепринята как рабочая модель образования антител. В основе этой теории лежат следующие положения:

У каждого индивидуума имеется чрезвычайно широкий набор лимфоцитов, каждый из которых способен распознавать только один специфический антиген.

Специфичность антитела (которое представляет собой белок) зависит от его аминокислотной последовательности, которая в свою очередь определяется кодирующей ее последовательностью ДНК. Таким образом, способность клетки к синтезу данного специфического антитела предопределена еще до ее встречи с антигеном.

Каждая клетка во время созревания образует небольшие количества антител, которые встраиваются в ее плазматическую мембрану и играют роль рецепторов для комплементарного антигена.

Предполагается, что если в период внутриутробной жизни незрелый лимфоцит встречает соответствующий ему антиген, то он погибает. Благодаря этому у животного не синтезируются антитела к собственным макромолекулам, и оно становится толерантным к собственным антигенам.

Взаимодействие антигена с рецептором зрелого лимфоцита каким-то образом стимулирует клетку, заставляя ее вырабатывать антитела. Контакт с антигеном необходим также для того, чтобы лимфоцит начал дифференцироваться и делиться с образованием клона плазматических клеток, синтезирующих антитела, и клеток памяти.

Поскольку все плазматические клетки в пределах данного клона генетически идентичны, все они производят одни и те же антитела.

Клетки памяти продолжают жить и после исчезновения антигена, сохраняя каким-то образом способность стимулироваться антигеном, когда он появляется вновь. Это явление называется иммунологической памятью, и именно оно ответственно за вторичный ответ организма, который и обеспечивает иммунитет животного против того или иного специфического антигена.

6.3.4. Группы крови

Было выяснено, что в крови здоровых людей содержатся вещества, способные вызывать агглютинацию (склеивание) эритроцитов других людей. Тяжелые последствия переливания крови наступают в том случае, когда эритроциты крови донора (человека, дающего кровь) агглютинируются плазмой крови реципиента (человека, получающего кровь). Это происходит в том случае, если в эритроцитах введенной крови содержится агглютинирующее вещество - агглютиноген, а в плазме реципиента находится агглютинирующее вещество - агглютинин.

Агглютинация эритроцитов происходит в результате реакции антиген-антитело. Мембрана эритроцитов содержит специфические гликолипиды, обладающие антигенными свойствами – агглютиногены (гемагглютиногены). С ними реагируют специфические растворенные в плазме антитела - агглютинины, относящиеся к фракции гамма-глобулинов. При реакции антиген-антитело молекула антитела образует "мостик" между несколькими эритроцитами и в результате они склеиваются. В крови каждого человека содержится индивидуальный набор специфических эритроцитарных агглютиногенов. В настоящее время выделено около 30 из них, встречающихся наиболее часто. Они являются причинами сильных реакций при переливании крови. Но антигенные свойства большинства антигенов выражены слабо и для цели переливания ими можно пренебречь.

Наибольшее значение для клиники имеют системы АВО и Rh (резус фактор). В этой системе эритроциты человека по наличию в них трех различных антигенных свойств разделены на следующие группы.

Группа А характеризуется наличием агглютиногена А и агглютинина бета (II группа).

В группе В присутствуют агглютиноген В и агглютинин альфа (III группа).

Группа АВ - агглютиногены А и В (IV группа).

В группе О (I группа) присутствуют альфа и бета агглютинины. В крови человека никогда не встречаются одновременно агглютиноген А с агглютинином α и агглютиноген В с агглютинином β. По наличию агглютиногенов в эритроцитах и агглютинина в плазме крови разделяют 4 группы крови.

Поэтому понятно, что I группу можно переливать людям всех групп, а людям, принадлежащим к I группе, можно переливать только кровь этой же группы, т.к. в плазме реципиента находятся агглютинины α и β. Кровь II группы (А и Р) можно переливать людям с IV группой крови, т.к. у реципиента нет агглютининов. Кровь III группы можно переливать людям IV группы, т.к. в IV группе реципиента нет агглютининов, и своей группы, т.к. во всех остальных группах есть агглютинины, которые могут вызвать агглютинацию.

Схема допустимого переливания крови.

Представление о том, что группу О (I группа) можно переливать людям других групп требует некоторого уточнения. Действительно, агглютиногены А и В в этой группе отсутствуют, и это позволяет переливать практически любой объем эритроцитов другим людям. Однако плазму можно вводить в ограниченном объеме. При увеличении объема переливаемой крови агглютинины донора уже не разводятся плазмой реципиента и наступает агглютинация.

В эритроцитах большинства людей (85%) имеется еще резус-фактор. Если кровь человека, содержащего резус-фактор (резус-положительная кровь), перелить человеку, не имеющему его (резус-отрицательная кровь), то у него образуются специфические агглютинины и гемолизины. Повторное введение такому человеку резус-положительной крови может вызвать агглютинацию и тяжелые осложнения. В ходе изучения групп крови в настоящее время выяснено, что группа А состоит из ряда подгрупп: А1, А2, А3 и т.д. Резус-фактор состоит из нескольких компонентов.

6.3.5. Аллергия

Аллергия - это измененная (чаще всего усиленная) реакция организма в ответ на действия веществ антигенной природы. Аллергические реакции могут приводить к воспалениям, спазму бронхиальных мышц, изменению проницаемости сосудов, к зуду, болевым ощущениям и, в конечном счете, к некрозу тканей.

Причиной аллергии могут быть вещества (аллергены), которые вызывают в организме иммунный ответ гуморального или клеточного типа. Экзогенные аллергены могут поступать в организм: воздушным путем, с пищевыми продуктами, при контакте бактерий и вирусов с кожей и слизистыми оболочками. Эндоаллергены могут образовываться в организме, например, при ожогах или иметь инфекционное происхождение.

Иммунологические реакции начинаются уже при первой встрече организма с аллергеном. Происходит сенсибилизация организма, т.е. повышение чувствительности и приобретение способности усиленного ответа на повторное введение антигена.

Механизм активной сенсибилизации заключается в следующем. Сначала происходит распознавание антигена и выработка гуморальных антител В-лимфоцитами. Одновременно возникают клеточные реакции Т-лимфоцитов. Гуморальные антитела распространяются по всему организму. Они проникают в ткани, фиксируются на клетках, которые сами антител не вырабатывают, на тканевых базофилах, эпителии, гладких мышцах. Поэтому при повторном введении аллергена он сразу же взаимодействует с антителами, и возникают аллергические реакции немедленного типа. В случае же, если в ответ на введение аллергена образуются преимущественно Т-лимфоциты, развиваются аллергические реакции замедленного типа. В этом случае при повторном поступлении антигена в ткани входят иммунные Т-лимфоциты.

Разделяют следующие аллергические реакции - анафилактические, цитотоксические, которые относятся к реакциям немедленного типа. К реакциям замедленного типа относятся реакция отторжения трансплантата, а также контактная аллергия.

Особенностью анафилактических реакций является то, что антитела находятся в клетках, а антиген поступает извне. Комплекс антиген-антитело образуется на клетках, несущих антитела. Анафилаксия бывает как общая, так и местная. Последняя бывает кожной, например, крапивница, при которой возникают зудящие красные пятна или волдыри. Они могут исчезнуть в течение часа. Анафилактические реакции также могут возникать в легких - бронхиальная астма.

Цитотоксические реакции возникают, когда антиген является компонентом клетки, а антитело поступает в ткани. Аллергическая реакция начинается в результате прямого повреждающего действия антител на клетки. Например, гемолиз эритроцитов при переливании несовместимой крови.

Признаки иммунных реакций замедленного типа появляются через несколько часов или дней после введения антигена. Аллергические реакции замедленного типа наблюдаются при сифилисе, грибковых, паразитарных и вирусных инфекциях.

Аутоаллергия

Аутоиммунные заболевания развиваются в результате выработки антител, взаимодействующие с антигенами собственного организма. Это может происходить в том случае, если в процессе эмбрионального развития организма некоторые вещества были изолированы клеточными барьерами от иммунной системы. При тех или иных нарушениях происходит разрушение этих барьеров, и тогда против собственных аутоантигенов вырабатываются аутоантитела.

Соматические мутации в различных органах могут привести к появлению клеток, обладающих антигенными свойствами. Чаще всего это завершается удалением их благодаря иммунным реакциям. Мутации, затрагивающие Т- и В-лимфоциты, также могут приводить к тому, что нормальные клеточные компоненты начинают восприниматься ими как антигены.

6.3.6. СПИД

Синдром приобретенного иммунодефицита) вызывается внедрением вируса в иммунную систему организма.

Вирусы - это внутриклеточные паразиты, неспособные размножаться вне клеток. Если все клеточные организмы имеют обязательно две нуклеиновые кислоты - ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота), то вирусы содержат только одну из них. Нуклеиновая кислота (ДНК или РНК) выполняет наследственную функцию. Вирусы вносят в клетку только свою генетическую информацию. С матрицы - вирусной ДНК или РНК - образуются вирусные белки. Вирусы покрыты оболочкой, внутри которой находится нуклеиновая кислота. Оболочка может быть представлена только белками или сочетанием их с липидами и гликопротеидами. В процессе эволюции у вирусов выработались механизмы, благодаря которым они могут вызывать поражения определенных клеток у относительно узкого круга организмов.

Взаимодействие вируса с чувствительной клеткой начинается с прикрепления его к клеточной поверхности с помощью белков оболочки. Затем вирус проникает в клетку. Здесь он освобождается от оболочки. У вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) матрицей является РНК. Особенностью ВИЧ является уникальная способность передавать информацию с РНК на ДНК хозяина, которая вписывается в систему генома хозяина. И далее геном хозяина используется для биосинтеза вирусных частиц. Это происходит по классическому пути синтеза белка. Одновременно происходит удвоение (репликация) молекул нуклеиновых кислот вируса. Все эти процессы заканчиваются сборкой вирусных частиц, синтез компонентов которых может протекать в различных структурах ядер или цитоплазмы чувствительных клеток. Вирусные частицы выходят из зараженной клетки либо благодаря ее разрыву и гибели, либо почкованием.

Вирус СПИД поражает Т-лимфоциты, которые становятся носителем ВИЧ. В связи с делением клетки они передают вирус по наследству. Период скрытого носительства ВИЧ может быть коротким, всего лишь 4-5 недель, но чаще исчисляется годами. Течение заболевания в этот период может быть безсимптомным. Однако заболевший всегда будет заражать своих партнеров половым путем. В дальнейшем, когда возникает массовое разрушение Т-лимфоцитов, у больного развивается клиническая картина иммунодефицита. Она будет проявляться в виде различных инфекционных заболеваний, которые возникают в связи с тем, что иммунная система теряет возможность сопротивляться любым инфекционным заболеваниям. При иммунодефиците кроме Т-лимфоцитов поражаются макрофаги, клетки лимфатических узлов, нервной системы. Повреждение одной из важнейших систем иммунитета - Т-лимфоцитов одновременно ведет к понижению активности В-лимфоцитов.

Вирус иммунодефицита накапливается в лимфоцитах. Он содержится также и в биологических жидкостях организма - крови, сперме, влагалищных выделениях, слюне, слезах и в женском молоке. Для заражения ВИЧ необходима определенная его концентрация, поэтому в передаче ВИЧ имеют значение те жидкости организма, в которых возбудитель этого заболевания содержится в достаточно больших количествах: крови, сперме, влагалищных выделениях.

Передача ВИЧ в основном происходит половым путем. Возможна передача болезни при переливании донорской крови и ее препаратов, использовании нестерильных шприцов, инъекционных игл и т.д. Все остальные способы распространения инфекции - воздушно-капельным путем, через пищу, посуду, при рукопожатиях, поцелуях - не имеют значения. Не участвуют в передаче вируса и кровососущие насекомые и членистоногие.

Наиболее часто заболевание СПИД наблюдаются у гомосексуалистов, наркоманов, проституток и у лиц, которым было произведено переливание крови.

Опасность СПИД заключается в громадной смертности от этого заболевания и возможностью его распространения, которая принимает характер настоящей пандемии.

6.3.7. Эволюция иммунитета

Антителоподобные белки появляются уже у кольчатых червей, моллюсков, членистоногих, но антитела специфического строения - иммуноглобулины - обнаруживаются лишь у низших позвоночных (миног и миксин) одновременно с закладкой зобной железы и примитивной селезенки. Иммуноглобулины, связанные с поверхностной мембраной лимфоцитов, а также секреторные иммуноглобулины появляются у хрящевых и костистых рыб, в частности у акул. У этих же животных имеются плазматические клетки, синтезирующие иммуноглобулины. Разделение иммуноглобулинов на классы происходит у двоякодышащих рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц. Причем, у каждого класса позвоночных имеются свои типы из пяти имеющихся групп иммуноглобулинов. Способность к синтезу иммуноглобулинов - высшее достижение эволюционного развития.

Было высказано предположение, что иммунная система появилась в процессе эволюции как система иммунологического контроля за мутационными изменениями клеток тела. Иммунитет осуществляет контроль над поверхностями клеток, благодаря чему удаляются клетки с чужеродными антигенами. Мутационные изменения клеток свойственны всем животным на разных этажах эволюционного развития. Поэтому прогрессивная эволюция была бы невозможна без контроля за мутационными поражениями клеток. И эту функцию на себя взяла иммунная система.