Естественная резистентность и иммунитет
ЕСТЕСТВЕННАЯ РЕЗИСТЕНТНОСТЬ
Сразу после рождения, а часто и в период внутриутробного развития организм животного атакуют мириады микробных антигенов, но на образование специфических факторов защиты нужно время. Поэтому поддержание генетического статуса организма осуществляется не только эффекторами иммунитета, т.е. сенсибилизированными лимфоцитами и специфическими антителами. В процессе эволюции у животных выработались специализированные системы защиты, существующие в организме в готовом виде с самых ранних этапов онтогенеза и имеющие более универсальный механизм разрушения микробов, причем универсальность их действия основана на общности точек первичного приложения и не является беспредельной. Точки первичного приложения представлены определенными структурами, которые повторяются уряда микроорганизмов, часто далеко не родственных друг другу. Благодаря этому складывается впечатление о неспецифическом действии этих противомикробных факторов. Однако при более внимательном анализе механизма их действия выявляется определенная закономерность, позволяющая утверждать о наличии у них групповой специфичности. Одни из них, например, избирательно дезинтегрируют грамотрицательные, другие — грамположительные бактерии, третьи преимущественно подавляют развитие в организме микробов, являющихся факультативными внутриклеточными паразитами.
Поэтому под естественной резистентностью можно понимать врожденные внутренние механизмы поддержания генетического постоянства организма, обладающие широким диапазоном проти- вомикробного действия.
Различают клеточные и гуморальные факторы естественной резистентности.
Клеточные факторы естественной резистентности участвуют в защите организма путем фагоцитоза, они подразделены И.И. Мечниковым на макро- и микрофаги.
Клеточная система, включающая «профессиональные» макрофаги, обозначается теперь как система мононуклеарных фагоцитов и состоит из промоноцитов, моноцитов и собственно макрофагов. Мононукле- арные фагоциты, включенные в эту систему, берут начало от костномозговых предшественников и транспортируются в периферическую кровь как моноциты. Затем через капиллярные стенки они выходят в ткани, где становятся тканевыми макрофагами — гистиоцитами, купферовскими клетками, альвеолярными, свободными и фиксированными макрофагами лимфоузлов, костного мозга, микроглии, серозных полостей и остеокластами.
Микрофаги представлены гранулоцитами — обычно зрелыми нейтрофилами, реже эозинофилами.
Процесс фагоцитоза протекает стадийно (рис. 3.1): направленное перемещение клеток к объекту фагоцитоза (хемотаксис), захватывание и переваривание объекта фагоцитоза.
Рис. 3.1. Стадии фагоцитоза
Хемотаксис фагирующих клеток осуществляется под действием пептидов фильтрата культур бактерий, комплемента и иммуноглобулинов. Направленная миграция клеток в ответ на действие пептидов объясняется их связыванием с рецепторами клетки и последующим расщеплением под влиянием пептидазы.
Кроме участия в хемотаксисе, комплемент и иммуноглобулины стимулируют фагоцитоз путем опсонизации микробов (от лат. opsono — приготовлять в пищу). Под действием опсонических факторов изменяется поверхность микробных клеток и усиливается их прикрепление (аттракция) к внешней мембране фагоцитов. Комплемент в состоянии опсонизировать грамотрицательные бактерии в R-форме при отсутствии иммуноглобулинов. Иммуноглобулины опсонизируют микробов самостоятельно или в синергизме с комплементом.
Для распознавания и захватывания чужеродного материала на поверхностной мембране бактерий имеются рецепторы. Опсонины связываются с поверхностью бактерий (антигенов) и прикрепляют их к рецепторам фагоцитов. Это взаимодействие генерирует сигнал, который передается внутриклеточно и приводит к вытягиванию псевдоподий, примыкающих к прикрепленным частицам. Прикрепленные к частице филоподии формируют мембрану, покрывающую частицу, и она оказывается внутри клетки.
Переваривание начинается после умерщвления захваченных микробов. Фагоцитарная вакуоль сливается с лизосомами, образуя фа- госомы. Под действием гидролитических ферментов совершается дезинтеграция частиц. В результате происходит так называемый завершенный фагоцитоз. При незавершенном фагоцитозе патогенные микроорганизмы не погибают, сохраняют способность к размножению и разрушению фагоцитировавшей клетки.
Неспецифическая фаза иммунитета проявляется в самостоятельной способности макрофагов разрушать микроорганизмы или подавлять их рост внутри клеток, что определяет течение инфекционных болезней, вызываемых факультативными внутриклеточными паразитами — микобактериями туберкулеза, паратуберкулеза, лепры, бруцеллами, франциселлами, листериями, сальмонеллами, микоплазмами, нокар- диями и др. Причем макрофаги иммунизированных этими микробами животных проявляют высокую выживаемость и защитную активность не только к гомологичным, но и к гетерологичным бактериям.
Фагоциты, утилизируя антиген, не только освобождают организм от чужеродного материала, но и переводят его в формы, необходимые для индукции специфического иммунного ответа. Кооперируясь с Т-клетками, макрофаги участвуют в осуществлении ими функции клеточного иммунитета и активизируют вспомогательную функцию при запуске В-клетками выработки специфических антител. Т-клетки и иммуноглобулины, в свою очередь, становятся активаторами фагоцитоза. Таким образом, фагоцитоз как бы замыкает круг реакций, образуемых клеточными и гуморальными факторами иммунитета.
Интегрирующую роль фагоцитоз выполняет и в неспецифической защите. Захватывая и переваривая антигены, различные по происхождению и по свойствам, зачастую без посреднической роли сывороточных белков, фагоциты осуществляют роль клеточного фактора естественной резистентности. Функционируя в таком виде, они вместе с тем синтезируют ряд растворимых продуктов, которые имеете с иммуноглобулинами составляют гуморальные факторы естественной резистентности, обладающие важными защитными свойствами.
К гуморальным факторам естественной резистентности относятся естественные, или нормальные, иммуноглобулины, лизоцим, бетализины, комплемент, пропердин и ряд других веществ, обладающих инактивирующим действием на антигены.
Естественные иммуноглобулины служат источником хемотак- сических пептидов, являются опсопинами, входят в рецепторный аппарат лимфоцитов и фагоцитов и в комбинации с комплементом вызывают лизис микроорганизмов. Их можно характеризовать и как специфические IgG, IgM и IgA с учетом их более низкой аффинности и большей зависимости от литических факторов естественной резистентности.
Лизоцим — фермент с мурамидазиой активностью. Его специфическая активность проявляется в гидролизе бета-(1-4)-гликозидной связи полиаминосахаридов клеточной стенки микроорганизмов. Он расщепляет мукопептид клеточной стенки с освобождением N-ацетилмурамовой кислоты и N-ацетилглюкозамина. При этом в клеточной стенке нарушается осмотическое равновесие и наступает гидролиз микробной клетки. Лизоцим лизирует преимущественно грамположительные микроорганизмы. Поэтому последних используют в качестве тест-микробов при определении лизоцимной активности. Особенно популярным в этом отношении является Micrococcus lysodeikticus. Грамотрицательные микробные клетки лизоцим лизирует только в синергизме с комплементом, который, расширяя отверстия в липополипептидных слоях, обеспечивает доступ лизоциму к его субстрату.
Лизоцим синтезируется фагоцитами и, попадая в лимфо-, кровоток и экскреты, фактически насыщает все биологические жидкости организма. Он содержится в околоплодной жидкости, молозиве, содержимом тонкого кишечника, сыворотке крови, секретах слизистой глаз, носовой полости, потовых желез и других экскретах. Наибольшая концентрация регистрируется в околоплодной жидкости, затем в первых порциях молозива.
Лизоцим благодаря его уникальным антабактериальным свойствам используют в консервировании черной икры, лечении желудочно-кишечных заболеваний у молодняка, маститных коров, а лизоцимный показатель — в качестве критерия состояния фагоцитарной системы организма.
Бета-лизины играют вспомогательную роль в литическом действии лизоцима. Они вырабатываются тромбоцитами и действуют на грамположительные микроорганизмы.
Комплемент состоит из девяти компонентов (С 1 —С9) глобулиновой природы и рассматривается как комплекс проэнзимов, требующих активации. Синтезируется комплемент преимущественно моно- нуклеарными фагоцитами. Первый компонент представлен тремя субъединицами (Clq, Clr, Cls). Под действием иммунного комплекса макромолекула С1 активируется путем последовательного включе- 22
ния в реакцию Clq, Clr и С Is, последний из которых и катализирует образование СЗ-конвертазы — фермента, расщепляющего третий компонент комплемента.
Каскад ферментативных реакций, приводящий к последовательной активации всех компонентов комплемента, начиная с первого, называют классическим путем активации комплемента, т.е. в этом случае обязательна фиксация ранних компонентов комплемента. Однако прибавление к сыворотке Л ПС бактерий, полисахаридов зимозана, инулина, пневмококка, полимера флагеллина вызывает усиленную активацию (фиксацию) поздних компонентов — СЗ… и т.д. Такой обходной путь, характеризующийся активацией поздних компонентов комплемента, начиная с СЗ, называется альтернативным.
Некоторые млекопитающие имеют слабоактивные ранние компоненты, поэтому фиксация их комплемента и, следовательно, проявление им литической активности почти всецело зависят от альтернативного пути активации. Для этого у животных данных видов существует особый природный альтернативный механизм, который называется пропердиновым путем активации комплемента.
Защитная роль комплемента обусловлена его участием в хемотаксисе, иммуноадгезии (прилипании), лизисе сенсибилизированных клеток и в анафилаксии. Следовательно, система комплемента функционирует синергично с системами клеточного и гуморального иммунитета.
Пропердин (от лат. perdo — губить, разрушать) — белок бета-гло- булиновой области. Он находится в крови в виде предшественника и под действием добавленных к сыворотке полисахаридов (Л ПС, зимозана, инулина) или иммуноглобулина А активируется и превращает СЗ-проактиватор в энзим, способный активировать СЗ с образованием СЗЬ. В этом и заключается сущность альтернативного пути активации комплемента.
В силу описанного механизма запуска альтернативного пути пропердин является основным литическим фактором у млекопитающих, имеющих гемолитически малоактивный комплемент, особо важный в защите от грамотрицательных микроорганизмов.
Лактоферрин обладает иным механизмом противомикробного действия. Он представлен полипептидом с одной углеводной субъединицей, имеющий молекулярную массу 77 000 Да. Лактоферрин связывает два атома трехвалентного железа, конкурируя с микроорганизмами, из-за чего их рост ингибируется.
Лактоферрин синтезируется полиморфноядерными лейкоцитами и гроздевидными клетками железистого эпителия. Он отсутствует в сыворотке крови и является специфическим компонентом секрета желез — молочных, слезных, слюнных, пищеварительного, дыхательного, мочеполового тракта и др. Поэтому лактоферрин можно считать фактором местного иммунитета, защищающим от инфекций эпителиальные покровы. С содержанием лактоферрина коррелируют также противомикробные свойства экскретов, например, коровьего молока.
Бактерицидная активность сыворотки крови (БАС) является интегрированным выражением противомикробных свойств входящих в ее состав гуморальных факторов естественной резистентности. Основными системными бактериологическими компонентами являются лизоцим (против грамположительных микробов) и комплемент (против грамотрицательных микробов). Иммуноглобулины специфически направляют действие последнего. Поэтому компоненты БАС никогда не будут постоянными, несмотря на поддержание активности на одном уровне.
Кроме системного, имеется местный, или локальный, иммунитет. Его компоненты: клеточные (Т-клетки, макрофаги, нейтрофилы) и гуморальные (sIgA-, sIgM-лизоцим, лактоферрин и др.) факторы. При этом происходит максимальное взаимодействие между компонентами, поскольку известно, что Т-клетки регулируют активность макрофагов, последние же являются продуцентами лизоцима, а он усиливает бакте- рицидность секреторных иммуноглобулинов. Поэтому факторы, определяющие местный иммунитет, также надо учитывать индивидуально.
Дифференцированная реакция организма на генетически чужеродные молекулы и структуры осуществляется при помощи морфологически обособленной и функционально специализированной иммунной системы.
(устойчивость) организма к огромному множе-тву окружающих его инфекционных гентов обеспечивает также целый ряд специфических факторов защиты, которые не распознают попадающие в организм различными путями вещества как снетически чужеродный материал, но в большинстве случаев действуют не менее эффективно, чем факторы приобретенного иммунитета, способствуя их удалению.
| Среди факторов естественной резистентности принято выделять: 1) естественные барьеры (кожа и сли-пстые оболочки — поверхности, которые первыми вступают в контакт с возбудителями инфекций); 2) систему фагоцитов, включающую гейтрофилы и макрофаги; 3) систему комплементов (совокупность сывороточных белков), тесно взаимодействующую с фагоцитами; 4) интерфероны; 5) различные вещества, в основном белковой природы, участвующие прежде всего в реакциях воспаления; некоторые в них (лизоцим) обладают прямым бактерицидным действием. |
Иммунитет
Физиологическое понимание иммунитета
Все названные выше механизмы — естественная неспецифическая резистентность, специфический иммунитет и готовность организма к выработке иммунитета — подчиняются общефизиологическим закономерностям.
Все они связаны между собой и основаны на общих физиологических процессах, происходящих в организме. Такое физиологическое понимание иммунитета было впервые обосновано гениальным русским ученым И. И. Мечниковым, создателем теории фагоцитоза. В настоящее время доказано, что специфический иммунитет теоно связан с естественной резистентностью организма и представляет собой дальнейшее развитие механизмов этой резистентности, обусловленное влиянием антигенного раздражения. В свою очередь готовность к выработке иммунитета (иммунизабильность) определяет уровень и степень напряженности специфического иммунитета.
Весь этот комплекс реакций организма на внедрение инфекционного агента полностью определяется воздействием на организм условий внешней среды. Условия труда и быта, питание, воздействие ряда других и внешних факторов определяют состояние естественной резистентности и готовности организма к выработке иммунитета, а следовательно, и напряженность специфического иммунитета. Именно в этом находит свое полное отражение принцип павловской физиологии — единство организма и внешней среды.
Реакция организма на инфекцию зависит также от возрастного фактора. В раннем детском возрасте естественная резистентность и, в частности, барьерная функция слизистых оболочек (входные ворота инфекции), равно как и готовность к выработке иммунитета, выражены слабее, чем у взрослых. Наряду с этим у детей слабее (выражен и специфический иммунитет к ряду инфекций, который приобретается постепенно с возрастом в процессе дробной, бытовой иммунизации.
Все это обуславливает большую ранимость детей в отношении инфекции и большую частоту ряда инфекционных заболеваний именно в детском возрасте.
Такая же пониженная резистентность к инфекции может наблюдаться и у взрослых под влиянием тяжелых бытовых условий, переутомления, недостаточного питания, в частности недостатка витаминов и белков в пищевом рационе и т. д.
Таким образом, в результате самого разнообразного сочетания качества (контагиозности, вирулентности) и количества микробов, с одной стороны, и различной степени иммунитета и неспецифической резистентности макроорганизма — с другой, возникают различные формы инфекции — от явных, клинически выраженных заболеваний до бессимптомной, скрытой инфекции, обнаруживаемой только бактериологическими исследованиями или реакциями иммунитета.
При этом следует еще раз подчеркнуть, что как свойства и концентрация (заражающая доза) микроба-возбудителя, так и общая реакция организма на внедрение инфекции полностью определяются теми условиями внешней среды, в которых происходит заражение — встреча микро- и макроорганизма.
Формы: Иммунитет приобретенный: основы гуморального механизма. Возбудители бактериальных или вирусных заболеваний в процессе своей жизнедеятельности в организме хозяина оказываются в той или иной ситуации во внеклеточной среде. Пребывание в жидкостях организма может быть более длительным в случае с внеклеточными патогенами или более коротким — при поражении хозяина внутриклеточными бактериями или вирусами, но оно обязательно представлено.
При нормальном функционировании иммунной системы патогены и их токсины, оказавшиеся вне клеток хозяина, подвергаются действию антител — эффекторных молекул, продуцируемых В-лимфоцитами .
Вопросы, относящиеся к гуморальному иммунному ответу, связаны с функционированием антител и формированием клеточных и молекулярных механизмов эффекторной фазы работы В-системы иммунитета .
Участие антител в иммунном ответа проявляется в трех формах:
— нейтрализации антигенов ,
— опсонизации антигенов и
— активации системы комплемента ( рис. 9.15 ).
Итак, вирусы и внутриклеточные бактерии для своего воспроизведения должны первоначально проникнуть из жидкостей организма в клетку — место своей жизнедеятельности. Оказавшись, даже короткое время, во внеклеточном пространстве, патогены подвергаются нейтрализующему действию антител. Эта активность антител проявляется в блокаде рецепторного взаимодействия между патогеном и инфицируемой клеткой. Иначе, антитела препятствуют предетерминированному взаимодействию клеточных рецепторов с лигандом на поверхности патогена.
Процесс нейтрализации проявляется не только в случаях с корпускулярными антигенами, но и с бактериальными токсинами.
Одним из ведущих механизмов элиминации (лат. eliminare — изгонять) внеклеточных патогенов является активность фагоцитирующих клеток, которые, захватывая антиген, разрушают его в фаголизосомах . Этот неспецифический по основной своей сути процесс усиливается специфическими антителами. Макрофаги — главные участники внутриклеточного разрушения патогенов — имеют на своей поверхности рецептор к Fc -фрагменту иммуноглобулинов . Патоген, связавшийся со специфическим антителом, оказывается значительно более доступным для фагоцитирующих мононуклеаров в результате взаимодействия Fc-фрагмента иммуноглобулина с Fc-рецептором на поверхности фагоцита .
Процесс усиления фагоцитоза за счет гуморальных факторов вообще и специфических антител в частности получил название опсонизации .
Третья форма функционального проявления антител связана с системой комплемента .
Антитела, связавшиеся с поверхностью бактериальной клетки, активируют белки системы комплемента , которые принимают участие в ряде иммунологических явлений:
— во-первых, взаимодейстуя с патогеном, некоторые белки системы комплемента выполняют функцию опсонинов;
— во-вторых, компоненты комплемента выступают в качестве хемотаксических факторов , привлекая в очаг инфекции фагоцитирующие клетки;
— третье свойство белков системы комплемента связано с их литической активностью — способностью образовывать поры в клеточной стенке бактерий, что приводит к гибели патогенов.
При отсутствии антигенной агрессии специфические антитела не образуются. По этому признаку процесс антителогенеза классифицируется как индуцибельное явление. Фактором индукции выступает антиген .
Однако, как и в случае с Т-клетками, одного специфического сигнала от антигена недостаточно для начала синтеза антител В-клетками. Необходим второй сигнал для реализации информации от специфического индуктора. Роль второго сигнала выполняют цитокины , продуцируемые хелперными CD4 T-клетками . Получение второго сигнала для полноценного развития В-клеток в антителопродуцирующие плазмоциты возможно при непосредственном контактном Т-В-взаимодействиии.