Лекция обсуждена на

кафедральном совещании

«»____________ 2009 г

д.м.н. Таран Т.В.

Ставрополь, 2009 г

Организм каждого человека окружает не только мир микробов и другие представители живой природы (насекомые, червеобразные, земноводные, пресмыкающиеся, рыбы, млекопитающие, растения), но и огромное число макромолекул, обладающих биологически активным воздействием на организм. Эти макромолекулы, к которым относятся белки, полисахариды, липиды, нуклеиновые кислоты и их комплексы, имеют как природное происхождение, т. е. являются продуктами жизнедеятельности или распада представителей животного и растительного мира, так и искусственно синтезированные человеком, поскольку они необходимы для обеспечения его жизнедеятельности (лекарственные препараты, белки, ферменты, сахара и пр.).

Термин «иммунитет» (от лат. immunitas – освобождение от чего-либо, неприкосновенность) применялся уже в средние века при освобождении, например, крестьян от податей, а в наше время он нашел употребление у дипломатов (дипломатический иммунитет, т. е. неприкосновенность). Биологический смысл термина «иммунитет» очень точно соответствует смысловому значению тех процессов, которые направлены на защиту, неприкосновенность, освобождение организма от биологически активных веществ – антигенов.

Первоначально иммунология возникла как наука о невосприимчивости (иммунитете) к инфекционным болезням. Наиболее существенный вклад в ее создание внесли И.И.Мечников (фагоцитарная или клеточная теория иммунитета) и П.Эрлих (гуморальная теория), в творческой дискуссии между которыми совершенствовались представления об иммунитете.

Иммунология – наука, изучающая механизмы самозащиты организма от всего генетически чужеродного, поддержания структурной и функциональной целостности организма (гомеостаза организма).

Иммунитет – целостная система биологических механизмов самозащиты организма, с помощью которых он распознает и уничтожает все чужеродное (генетически отличающееся).

Основная функция иммунной системы – распознать антиген, т. е. установить его генетическую чужеродность, генетическое отличие от собственных антигенов, и комплексом реакций и механизмов, присущих иммунной системе, устранить его влияние на биологические процессы, протекающие в организме, с целью сохранения гомеостаза, структурной и функциональной целостности организма, а также сохранить специфическую память об этом антигене, иногда на всю жизнь.

Помимо этого иммунная система охраняет и поддерживает антигенную индивидуальность собственных биополимеров организма, поскольку каждый человек на планете (кроме однояйцовых близнецов) имеет присущие только ему генетически детерминированные антигенные особенности биополимеров. В случае возникновения антигенно отличных молекул или клеток (в результате мутационных или патологических процессов, например появления клеток злокачественных опухолей) иммунная система распознает их и уничтожает. Пример – необходимость защиты от собственных мутантных и раковых клеток (одномоментно в организме находится около 10 млн. измененных клеток).

Следовательно, иммунитет – это способ защиты организма от генетически чужеродных веществ – антигенов экзогенного и эндогенного происхождения, направленный на поддержание и сохранение гомеостаза, структурной и функциональной целостности организма, биологической (антигенной) индивидуальности каждого организма и вида в целом.

Такое определение подчеркивает: а) что иммунология изучает способы и механизмы защиты от любых генетически чужеродных данного организма антигенов, будут ли они микробного, животного, растительного и другого происхождения; б) что механизмы иммунитета направлены против антигенов, которые могут проникать в организм, как извне, так и формироваться в самом организме; в) что система иммунитета направлена на сохранение и поддержание генетически детерминированной антигенной индивидуальности каждой особи каждого индивидуума, а также вида в целом.

У человека, теплокровных животных, в том числе у птиц, в процессе эволюции сформировалась иммунная система, специально предназначенная для защиты от генетически чужеродных веществ – антигенов, а также для сохранения и поддержания антигенных особенностей тканей и биомолекул, присущих каждому виду и каждому индивиду данного вида. Элементарные системы защиты от любых чужеродных веществ имеют и низшие организмы, в частности беспозвоночные (губки, кишечнополостные, черви). Способность к распознаванию чужеродных структур присуща уже одноклеточным организмам, например амебам.

В зависимости от уровня эволюционного развития, особенностей и сложности сформировавшейся иммунной системы, способностей последней отвечать теми или иными реакциями на антигены, в иммунологии принято выделять отдельные формы или виды иммунитета. Так, введено понятие о врожденном(конституциональном) и приобретенном иммунитете.

1. Наследственный иммунитет (врожденный, или видовой) обнаруживается уже при рождении и является генотипическим признаком, который передается по наследству. Он может быть видовым и индивидуальным.

Видовой иммунитет – невосприимчивость одного вида животных или человека к микроорганизмам, вызывающим заболевания у других видов. Он генетически детерминирован у человека как биологического вида, т. е. человек не болеет зоонозными заболеваниями.

Индивидуальный врожденный иммунитет – пассивный, так как обеспечивается передачей иммуноглобулинов плоду от матери через плаценту (плацентарный иммунитет), и, таким образом, новорожденный защищен от инфекций, которыми переболела мать.

2. Приобретенным иммунитетом называют такую невосприимчивость организма человека к инфекционным агентам, которая формируется в процессе его индивидуального развития и характеризуется строгой специфичностью. Он всегда индивидуальный, не передается по наследству, и может быть естественным и искусственным.

Искусственный приобретенный иммунитет возникает при иммунизации (вакцинации). Искусственный иммунитет можно создавать активно и пассивно. Активный формируется введением антигенных препаратов, вакцин, анатоксинов. Пассивный иммунитет формируется введением готовых сывороток и иммуноглобулинов, т. е. готовых антител.

Как один из видов иммунитета выделяют местный иммунитет. Он защищает отдельные участки организма от возбудителей болезней и формируется при участии секреторного иммуноглобулина A, а характеризуется более активным фагоцитозом.

Иммунная система осуществляет свои защитные функции с помощью комплекса взаимосвязанных реакций, носящих присущий только иммунной системе специфический и общефизиологический (неспецифический) характер. Поэтому все формы иммунного реагирования подразделяются на специфические и неспецифические.

Отличительные черты специфической иммунологической реактивности от неспецифической резистентности:

специфическая реактивность (приобретенный иммунитет) высокоспецифична в отношении каждого конкретного возбудителя, а факторы неспецифической защиты (врожденный, видовой иммунитет) действуют на любые микроорганизмы, антигены, макромолекулы;

повторная встреча с тем или иным патогенным микроорганизмом не приводит к изменениям врожденного иммунитета, но повышает уровень приобретенного: иммунная система как бы «запоминает» возбудителя, чтобы впоследствии предотвращать вызываемую им инфекцию.

Т.о., две главные характеристики (и отличия) приобретенного иммунитета – специфичность и иммунологическая память.

1) механические (анатомические: кожа и слизистые дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта, мерцательный эпителий и слизь дыхательного тракта),

2) барьерная функция лимфоузлов;

3) нормальная микрофлора организма;

4) физико-химические (ферменты, в первую очередь, ЖКТ; реакция среды; органические кислоты и др.), обеспечивающие деструкцию антигенов;

5) неспецифическая иммунобиологическая защита, осуществляемая нормальными иммунными клетками и гуморальными компонентами (фагоцитоз, нормальные киллеры, система комплемента, воспаление, интерферон, ингибиторы свертывания крови, фибронектин, лихорадка, главная система гистосовместимости). Эти иммунобиологические барьеры участвуют в поглощении и деструкции антигена как чужеродного вещества, а также во взаимодействии со специфическими факторами защиты.

1) антителообразование;

2) иммунный фагоцитоз и киллерная функция иммунных макрофагов и лимфоцитов;

3) гиперчувствительность немедленного типа;

4) гиперчувствительность замедленного типа;

5) иммунологическая память;

6) иммунологическая толерантность.

И те и другие факторы защиты функционируют во взаимодействии и составляют единую систему защиты организма от антигенов. При этом они могут включаться в процесс защиты не одновременно и не все сразу. В зависимости от характера антигенного воздействия ведущими могут быть одна или несколько форм реагирования.

Простейший путь избежать инфицирования – это предотвратить проникновение возбудителя в организм. Главной линией обороны служит, конечно, кожа, которая, будучи неповрежденной, непроницаема для большинства инфекционных агентов. Когда целостность кожного покрова нарушена, например, при ожогах, инфекция становится главной проблемой. Вдобавок большинство бактерий не способны долго существовать на поверхности кожи из-за прямого губительного воздействия молочной кислоты и жирных кислот, содержащихся в поте и секрете сальных желез и обусловливающих низкое значение рН. Исключение составляет Staphylococcus aureus, часто инфицирующий относительно уязвимые волосяные фолликулы и железы.

Слизь, выделяемая стенками внутренних органов, действует как защитный барьер, препятствующий прикреплению бактерий к эпителиальным клеткам. Микробы и другие чужеродные частицы, захваченные слизью, удаляются механическим путем за счет движения ресничек эпителия, с кашлем и чиханьем. К другим механическим факторам, способствующим защите поверхности эпителия, можно отнести вымывающее действие слез, слюны и мочи. Во многих жидкостях, секретируемых организмом, содержатся бактерицидные компоненты, такие, как кислота в желудочном соке, спермин и цинк в сперме, лактопероксидаза в молоке и лизоцим в слезах, носовых выделениях и слюне.

Барьерные функции лимфоузлов. Если микроб преодолевает барьер, созданный кожными покровами и слизистыми оболочками, то защитную функцию начинают выполнять лимфатические узлы, задерживающие и обезвреживающие патогенные микробы. Именно в них развивается воспаление, оказывающее губительное действие на возбудителей инфекции. Лимфоузлы – своеобразный биологический фильтр для возбудителей, переносимых с лимфой. Здесь проникшие через кожу или слизистые и занесенные током лимфы микроорганизмы задерживаются и подвергаются действию макрофагов и активированных лимфоцитов. При прорыве этого барьера микроорганизмы могут попадать в кровь.

Если же микробы все-таки проникли в организм, то в действие вступают два способа защиты – разрушение растворимыми химическими факторами типа бактерицидных ферментов и фагоцитоз («поедание» клетками).

КЛЕТОЧНЫЕ ФАКТОРЫ СИСТЕМЫ ВИДОВОЙ РЕЗИСТЕНТНОСТИ

В иммунном ответе участвует целый ряд клеток и выделяемых ими растворимых продуктов. Центральная роль всегда принадлежит лейкоцитам, однако другие клетки (например, тканевые) также вносят свой вклад, посылая сигналы лимфоцитам и отвечая на цитокины, выделяемые Т-клетками и макрофагами.

Фагоцитоз (и система комплемента) – вторая линия защиты организма против микроорганизмов, преодолевших поверхностные барьеры. Клеточные факторы системы видовой резистентности – фагоциты, специализированные клетки, поглощающие, переваривающие и разрушающие (инактивирующие) патогенные микроорганизмы и другой генетически чужеродный материал. Фагоцитирующие клетки представлены полиморфоядерными лейкоцитами или гранулоцитами – нейтрофилами, а также моноцитами и тканевыми макрофагами.

И. И. Мечников к фагоцитирующим клеткам отнес макрофаги и микрофаги. В настоящее время все фагоциты объединены в единую мононуклеарную фагоцитирующую систему. В нее включены тканевые макрофаги (альвеолярные, перитонеальные и др.), клетки Лангерганса и Гренстейна (эпидермоциты кожи), клетки Купфера (звездчатые ретикулоэндотелиоциты), эпителиоидные клетки, нейтрофилы и эозинофилы крови и некоторые другие.

Мононуклеарные фагоциты. Наиболее важная группа способных к фагоцитозу и долгоживущих клеток – популяции мононуклеарных фагоцитов. Эти клетки, происходящие из стволовых клеток костного мозга, несут функцию захвата частиц, в том числе инфекционных агентов, с их поглощением и разрушением. Для выполнения этой функции фагоциты стратегически располагаются в тех тканях организма, где возможно попадание таких частиц. Например, клетки Купфера выстилают кровеносные синусоидальные капилляры печени, а синовиальными А-клетками выстланы полости суставов. Мононуклеарные фагоциты, циркулирующие с кровью, называются моноцитами. Из крови они мигрируют в ткани, где превращаются в тканевые макрофаги, способные весьма эффективно презентировать антигены Т-лимфоцитам. (Однако наиболее важны для презентации антигена покоящимся Т-клеткам интердигитатные дендритные клетки – о них далее).

Макрофаги образуются из промоноцитов костного мозга, которые после дифференцировки в моноциты крови, в конце концов, задерживаются в тканях в виде зрелых макрофагов, где и формируют систему мононуклеарных фагоцитов. Они присутствуют повсюду – в соединительных тканях и вокруг базальных мембран мелких кровеносных сосудов; особенно высоко их содержание в легких (альвеолярные макрофаги) и печени (клетки Купфера). Кроме того, макрофаги выстилают синусоиды селезенки и медуллярные синусы лимфатических узлов, где их основная функция – отфильтровывание чужеродных материалов. Другой пример макрофагов – мезенгиальные клетки почечных клубочков, микроглиальные клетки мозга и остеокласты костной ткани. В отличие от полиморфноядерных лейкоцитов макрофаги долгоживущие клетки с хорошо развитыми митохондриями и шероховатым эндоплазматическим ретикулумом. И если полиморфноядерные нейтрофилы обеспечивают основную защиту от пиогенных (гноеродных) бактерий, то функция макрофагов в основном сводится к борьбе с теми бактериями, вирусами и простейшими, которые способны существовать внутри клеток хозяина.

Эти клетки имеют общего гемопоэтического стволового предшественника с другими форменными элементами крови и доминируют среди остальных лейкоцитов.

Полиморфноядерный нейтрофил (полиморфноядерный нейтрофильный гранулоцит, ПМН или просто нейтрофил) – неделящаяся короткоживущая клетка с сегментированным ядром и набором гранул, которые не прокрашиваются такими красителями, как гематоксилин и эозин, в отличие от аналогичных структур у эозинофилов и базофилов.

Нейтрофилы составляют большинство среди лейкоцитов крови и происходят от тех же ранних клеток-предшественников, что моноциты и макрофаги. Подобно моноцитам нейтрофилы мигрируют в ткани, отвечая на определенные стимулы, но в отличие от моноцитов относятся к короткоживущим клеткам, которые, поглотив чужеродный материал, разрушают его и затем погибают.

У нейтрофилов известны три типа гранул: первичные азурофильные гранулы, содержащие миелопероксидазу, небольшое количество лизоцима и набор катионных белков; вторичные «специфические» гранулы, содержащие лактоферрин, лизоцим и белок, связывающий витамин В12; третичные гранулы, похожие на обычные лизосомы и содержащие кислые гидролазы. Обширные запасы гликогена, который может быть использован в гликолизе, позволяют этим клеткам существовать в анаэробных условиях.

Основные функции фагоцитов очень обширны:

удаляют из организма отмирающие клетки и их структуры (эритроциты, раковые клетки);

удаляют неметаболизируемые неорганические вещества, попадающие во внутреннюю среду организма тем или иным путем (например, частички угля, минеральную и другую пыль, проникающую в дыхательные пути);

поглощают и инактивируют микробы (бактерии, вирусы, грибы), их останки и продукты;

синтезируют разнообразные биологически активные вещества, необходимые для обеспечения резистентности организма (некоторые компоненты комплемента, лизоцим, интерферон, интерлейкины и др.);

участвуют в регуляции иммунной системы;

осуществляют «ознакомление» Т-хелперов с антигенами, т. е. участвуют в кооперации иммунокомпетентных клеток.

Следовательно, фагоциты являются, с одной стороны, своеобразными «мусорщиками», очищающими организм от всех инородных частиц независимо от их природы и происхождения (неспецифическая функция), а с другой стороны, участвуют в процессе специфического иммунитета путем представления антигена иммунокомпетентным клеткам (Т- лимфоцитам) и регуляции их активности.

Процесс фагоцитоза (поглощения твердофазного объекта, в том числе микроорганизмов) состоит из нескольких стадий.

1. Активация (усиление энергетического метаболизма). Факторами активации и хемотаксиса являются бактериальные продукты (ЛПС, пептиды), компоненты комплемента (СЗ и С5), цитокины и антитела.

2. Хемотаксис – приближение фагоцита к объекту поглощения.

3. Адгезия – адсорбция поглощаемого вещества на поверхности фагоцита.

4. Эндоцитоз – поглощение вещества путем инвагинации клеточной мембраны с образованием в протоплазме фагосомы (вакуоли, пузырьки), содержащей поглощенное вещество.

5. Слияние фагосомы с лизосомой клетки с образованием фаголизосомы.

6. Киллинг – активация лизосомальных ферментов и переваривание вещества в фаголизосоме с их помощью.

7. Элиминация продуктов киллинга.

Завершенный фагоцитоз – защитная функция организма. Если отсутствуют последние две стадии (киллинг и элиминация), то это незавершенный фагоцитоз. При этом процесс теряет защитную функцию, бактерии внутри макрофагов разносятся по организму.

Особенности физиологии фагоцита. Для осуществления своих функций фагоциты располагают обширным набором литических ферментов, а также продуцируют перекисные и NО' ион-радикалы, которые могут поражать мембрану (или стенку) клетки на расстоянии или после фагоцитирования. На цитоплазматической мембране фагоцита находятся рецепторы к компонентам комплемента, Fc-фрагментам иммуноглобулинов, гистамину, а также антигены гистосовместимости I и II класса. Внутриклеточные лизосомы содержат до 100 различных ферментов, способных «переварить» практически любое органическое вещество.

Фагоцитоз активируется под влиянием антител-опсонинов, адъювантами, комплементом, иммуноцитокинами (ИЛ-2) и другими факторами. Механизм активирующего действия опсонинов основан на связывании комплекса антиген-антитело с рецепторами к Fc-фрагментам иммуноглобулинов на поверхности фагоцитов. Аналогичным образом действует комплемент, который способствует связыванию на специфических для него рецепторах фагоцита (С-рецепторах) комплекса антиген-антитело. Адъюванты укрупняют молекулы антигена и таким образом облегчают процесс его поглощения, так как интенсивность фагоцитоза зависит от величины поглощаемой частицы.

Адгезия вещества на поверхности фагоцита происходит либо спонтанно, либо путем связывания со специфическими рецепторами на поверхности фагоцитов (иммуноглобулины, компоненты комплемента, фибронектин), обеспечивающих прочность рецептор-опосредованных взаимодействий опсонинов, обволакивающих микроорганизмы и ограничивающих их подвижность (антитела, фракция комплемента СЗb, фибронектин).

«Захват» фагоцитом вещества вызывает выработку большого количества перекисных радикалов («кислородный взрыв») и N0", которые вызывают необратимые, летальные повреждения, как цельных клеток, так и отдельных молекул.

Поглощение адсорбированного на фагоците вещества происходит путем эндоцитоза. Это энергозависимый процесс, связанный с преобразованием энергии химических связей молекулы АТФ в сократительную активность внутриклеточного актина и миозина. Окружение фагоцитируемого вещества бислойной ЦПМ и образование изолированного внутриклеточного пузырька – фагосомы напоминает «застегивание молнии». Внутри фагосомы продолжается атака поглощенного вещества активными радикалами.

После слияния фагосомы и лизосомы и образования в цитоплазме фаголизосомы происходит активация лизосомальных ферментов, которые разрушают поглощенное вещество до элементарных составляющих, пригодных для дальнейшей утилизации для нужд самого фагоцита – киллинг. Непереваренные остатки вещества элиминируются за пределы фагоцита или «хоронятся» вместе с погибшим от старости фагоцитом.

Ферментативное расщепление веществ может также происходить внеклеточно при выходе ферментов за пределы фагоцита.

Фагоциты, как правило, «переваривают» захваченные бактерии, грибы, вирусы, осуществляя завершенный фагоцитоз. Однако в ряде случаев фагоцитоз носит незавершенный характер: поглощенные бактерии (например, иерсинии, микобактерии) или вирусы (например, возбудитель ВИЧ-инфекции) блокируют ферментативную активность фагоцита, не погибают, не разрушаются и даже размножаются в фагоцитах. Такой процесс получил название незавершенный фагоцитоз.

завершенный фагоцитоз;

незавершенный фагоцитоз;

процессинг антигенов.

Завершенный фагоцитоз – полное переваривание микроорганизмов в клетке-фагоците. В процессе фагоцитоза происходит «окислительный взрыв» с образованием активных форм кислорода, что обеспечивает бактерицидный эффект. Наряду с активными формами кислорода действует ряд кислороднезависимых факторов – фосфолипаза А2, лактоферрин, протеазы и другие лизосомальные ферменты.

Незавершенный фагоцитоз – выживание и даже размножение микроорганизмов в фагоците. Это характерно для факультативных и особенно – облигатных внутриклеточных паразитов. Механизмы персистирования в фагоцитах связаны с блокадой фагосомо-лизосомального слияния (вирус гриппа, микобактерии, токсоплазмы), резистентностью к действию лизосомальных ферментов (гонококки, стафилококки), способностью микробов быстро покидать фагосомы после поглощения и длительно пребывать в цитоплазме (риккетсии).

Процессинг антигенов. К одной из важнейших функций макрофагов (наряду с хемотаксисом, фагоцитозом, секрецией биологически активных веществ) относится переработка (процессинг) антигена и представление егоиммунокомпетентным клеткам с участием белков главной системы гистосовместимости (МНС) класса 2. Фагоцитоз – не только уничтожение чужеродного, но и представление антигена для запуска иммунных реакций и секреции медиаторов иммунных и воспалительных реакций.

Фагоцитоз – центральное звено не только естественной резистентности (видового иммунитета), но и играет важную роль в приобретенном иммунитете, кооперации клеток в иммунном ответе.

Лимфоциты – в основном обеспечивают приобретенный иммунитет.

Лимфоциты представлены двумя большими популяциями – В-клетками и Т-клетками, которые ответственны за специфическое распознавание антигенов.

Специфическое иммунологическое распознавание патогенных организмов – это всецело функция лимфоцитов, поэтому именно они инициируют реакции приобретенного иммунитета. Все лимфоциты происходят из стволовых клеток костного мозга, но Т-лимфоциты затем развиваются в тимусе, тогда как В-лимфоциты продолжают свое развитие в красном костном мозге (у взрослых особей млекопитающих).

В-клетки. Каждая В-клетка генетически запрограммирована на синтез поверхностного рецептора, специфичного к одному определенному антигену. Встретив и распознав этот антиген, В-клетки размножаются и дифференцируются в плазматические клетки, которые образуют и выделяют в растворимой форме большие количества таких рецепторных молекул, называемых антителами. Антитела представляют собой крупные гликопротеины и содержатся в крови и тканевой жидкости. Благодаря своей идентичности исходным рецепторным молекулам они взаимодействуют с тем антигеном, который первоначально активировал В-клетки.

Т-клетки. Имеется несколько субпопуляций Т-клеток с различными функциями. Одни взаимодействуют с В-клетками, помогая им размножаться, созревать и образовывать антитела. Другие взаимодействуют с мононуклеарными фагоцитами, способствуя разрушению локализованных в них микроорганизмов. Обе эти субпопуляции Т-клеток названы хелперными Т-клетками (Тх).

В обеспечении неспецифического иммунитета существенная роль принадлежит Т-цитотоксическим лимфоцитам – Т-киллерам. Т-киллеры по представлению антигенов главной системы гистосовместимости класса 1 распознают любые чужеродные антигены (включая мутантные, например, раковые клетки), атакуют и уничтожают их.

Как правило, распознавание антигена Т-клетками происходит только при том условии, что он презентирован на поверхности других клеток в ассоциации (комплексе) с молекулами МНС. Свои функции воздействия на другие клетки Т-киллеры осуществляют путем выделения растворимых белков – цитокинов, которые передают сигналы другим клеткам, или путем прямых межклеточных контактов.

Цитотоксические реакции – это эффекторные иммунные механизмы, направленные против целых клеток, обычно против тех, которые слишком крупны для фагоцитоза. Такая клетка-мишень распознается либо специфичными антителами, взаимодействующими с компонентами ее поверхности, либо Т-клетками посредством антигенспецифичных тканевых рецепторов. В отличие от фагоцитоза, при котором содержимое лизосом изливается в фагосому, в цитотоксической реакции атакующая клетка направляет содержимое своих гранул наружу, к клетке-мишени. Гранулы цитотоксических Т-клеток содержат соединения, называемые перфоринами, которые способны создавать каналы в наружной мембране клеток-мишеней. (Подобно этому, антитела, связавшись с поверхностью клетки-мишени, могут привлечь комплемент для перфорирования ее цитоплазматической мембраны.) Некоторые цитотоксические клетки способны также своим сигналом включать программу саморазрушения клетки-мишени – процесс апоптоза.