Формирование функциональных систем иммунитета организма
Для защиты организма природа создала многоэтапную систему обороны. При вторжении чужеродные агенты сталкиваются со следующими компонентами иммунной системы:
кожа и слизистые оболочки: симбиотические бактерии, живущие на границе нашего организма и окружающей среды, выделяют вещества, губительно действующие на патогенные (болезнетворные) микроорганизмы;
слизистые оболочки дыхательных путей, пищеварительного тракта, мочевыделительной системы не только заселены симбиотическими бактериями, но и покрыты слизистыми выделениями: со слизью из организма удаляются чужеродные вещества и микроорганизмы; кроме того, слизистые выделения содержат вещества, обладающие противомикробной, противовирусной и противогрибковой активностью (например, лизоцим — антибактериальный агент, фермент, разрушающий муреин клеточных стенок бактерий);
стенки лимфатических и кровеносных сосудов: воспалительная реакция сопровождается расширением капилляров (покраснение — гиперемия), повышением температуры, увеличением проницаемости их стенок для лейкоцитов и белка плазмы фибриногена. Фибриноген превращается в фибрин и закупоривает лимфатические сосуды. Это препятствует оттоку лимфы из воспалённого участка и распространению инфекции. Развивается отёк. В очаге воспаление скапливается большое количество лейкоцитов-фагоцитов, которые поглощают вторгшиеся микроорганизмы.
Иммунная система — система органов и тканей позвоночных животных, которые защищают организм от чужеродных агентов: болезнетворных микроорганизмов, инородных тел, ядовитых веществ и переродившихся клеток самого организма.
Иммунной системе принадлежат следующие структуры (рис. 1):
центральные органы —
костный мозг;
тимус.
Органы, содержащие лимфоидную ткань (лимфоциты различной степени зрелости):селезёнка;
лимфатические узлы;
пейеровы бляшки кишечника;
миндалины;
аппендикс.
Рис. 1. Органы иммунной системы человека
По организации и механизмам функционирования иммунная система подобна нервной системе.
Обе системы представлены центральными и периферическими органами, способными реагировать на разные сигналы, имеют большое количество рецепторных структур и специфическую память.
Особенности иммунной системы:
ранняя закладка в эмбриогенезе;
костный мозг и тимус хорошо защищены от повреждений;
диффузность: компоненты иммунной системы равномерно распределены по всему телу;
циркуляция клеток иммунной системы с кровотоком и лимфотоком по всему организму;
способность вырабатывать антитела — молекулы, осуществляющие специфическую защиту от определённых чужеродных агентов (антигенов).
К центральным органам иммунной системы относят костный мозг и тимус. В костном мозге из его стволовых клеток образуются В-лимфоциты. В тимусе происходит дифференцировка Т-лимфоцитов, образованных из поступивших в этот орган стволовых клеток костного мозга. В дальнейшем В- и Т-лимфоциты с током крови попадают в периферические органы иммунной системы, к которым относят миндалины, лимфоидные узелки, расположенные в стенках полых органов пищеварительной и дыхательной систем, мочевыводящей системы, лимфоидные пейеровы бляшки в стенках тонкой кишки, лимфатические узлы и селезёнку, а также многочисленные лейкоциты, свободно перемещающиеся в органах и тканях с целью поиска, распознавания и уничтожения чужеродных веществ.
Наиболее высокой степенью активности иммунной системы считается появление в лимфоидных узелках центров размножения — мест образования лимфоцитов. Такие центры появляются при сильных либо длительных антигенных влияниях (агрессивной внешней среде, инфекциях, онкологических процессах).
| Органы иммунной системы | Функции органов иммунной системы |
|---|---|
| красный костный мозг | образование всех клеток крови; дифференциация В-лимфоцитов |
| тимус | дифференциация Т-лимфоцитов |
| лимфатическая система | удаление из организма чужеродных веществ (погибших клеток, клеток-мутантов и т. п.) путем фильтрации тканевой жидкости через лимфатические узлы |
| миндалины (миндалевидные железы) | образуют окологлоточное лимфоидное кольцо — защиту от инфекции из ротовой и носовой полости |
| аппендикс | защищает нижние ворота инфекции (от инфекции, проникающей через толстый кишечник) |
| селезёнка | лежит на пути тока крови из артериальной системы в венозную: распознавание и утилизация вышедших из строя эритроцитов |
Таким образом, иммунная система состоит из многих компонентов, но главные среди них — лейкоциты.
Все лейкоциты имеют общее происхождение из гемопоэтических стволовых клеток красного костного мозга (рис. 2).
Рис. 2. Происхождение лейкоцитов
Все эти клетки циркулируют в крови, хотя свои функции они выполняют в основном вне сосудов.
Основные функции лейкоцитов:
обнаружение и уничтожение бактерий, вирусов и других чужеродных агентов путем фагоцитоза;
уничтожение изменённых клеток (раковых и т. п.);
уничтожение погибших клеток организма;
участие в аллергических реакциях;
участие в воспалительных реакциях при повреждениях тканей;
выработка антител;
формирование иммунной памяти организма.
Виды лейкоцитов
Лейкоциты делятся на три главные группы: гранулоциты, моноциты и лимфоциты.
Гранулоциты содержат многочисленные лизосомы, секреторные пузырьки и гранулы. В соответствии с различным характером окраски этих гранул гранулоциты делятся на нейтрофилы, базофилы и эозинофилы (рис. 3).
Эозинофилы (розовая окраска гранул) защищают организм от паразитов и способствуют развитию аллергических реакций. Уровень эозинофилов повышается при глистных инвазиях (заражениях).
Базофилы (сине-фиолетовая окраска гранул) выделяют гистамин, который участвует в воспалительных реакциях.
Нейтрофилы (фиолетово-розовая окраска гранул) способны к фагоцитозу. Они захватывают, убивают и переваривают микроорганизмы (в основном бактерии).
Рис. 3. Гранулоциты
Моноциты — самые крупные из лейкоцитов (рис. 4). Выходя из кровяного русла, они становятся макрофагами (рис. 5) — крупными клетками серо-голубого цвета. Как и нейтрофилы, они способны к фагоцитозу (рис. 6). Макрофаги, однако, значительно больше по размерам и дольше живут, чем нейтрофилы.
Рис. 4. Моноцит Рис. 5. Макрофаг Рис. 6. Макрофаг поглощает раковые клетки
Таким образом, фагоцитами являются гранулярные нейтрофилы и более крупные и долгоживущие агранулярные макрофаги (моноциты).
Лимфоциты участвуют в иммунном ответе:
B-лимфоциты (рис. 7) производят антитела;
T-лимфоциты (рис. 8) убивают клетки, инфицированные вирусом, и регулируют активность других лейкоцитов;
нормальные (естественные) киллеры уничтожают некоторые виды опухолевых и заражённых вирусами клеток.
B-лимфоциты образуют антитела, являющиеся изменёнными формами собственных поверхностных рецепторов.
Рис. 7. B-лимфоцит Рис. 8. Т-лимфоцит
T-лимфоциты подразделяются на:
T-хелперы, способствующие развитию иммунного ответа;
T-супрессоры, подавляющие развитие иммунного ответа;
T-киллеры, уничтожающие клетки, несущие на себе антигены.
Рис. 9. Виды лейкоцитов и их функции
Кроме лимфоцитов этих двух главных классов известны ещё лимфоциты, осуществляющие неспецифические реакции.
Тучные клетки относятся к вспомогательным клеткам иммунной системы. Они представляют незрелые лейкоциты, которые мигрируют из кровяных сосудов в ткани, где подвергаются окончательной дифференцировке и созреванию (рис. 10). Тучные клетки находятся практически во всех тканях, но особенно их много в коже, около сосудов и в слизистой оболочке дыхательных путей и кишечника.
Рис. 10. Тучная клетка
В тканях тучные клетки активно перемещаются с помощью псевдоподий. В их цитоплазме содержится большое количество везикул (пузырьков). При контакте тучной клетки с антигеном везикулы сливаются с клеточной мембраной в течение доли секунды, и их содержимое освобождается. Этот процесс играет важную роль в аллергических и воспалительных реакциях немедленного типа.
Не смотря на то, что тучные клетки способны самостоятельно уничтожать некоторые антигены путем фагоцитоза, основная их роль заключается в координации врожденных и адаптивных иммунных реакций.
Как наш организм защищается от инфекции. Иммунитет – естественная защита от инфекций, виды иммунитета. Иммунная система
Еще в древнем Египте и Греции за больными чумой ухаживали люди, прежде переболевшие этой болезнью: опыт показывал, что они уже не подвержены заражению.
Люди интуитивно пытались обезопасить себя от инфекционных болезней. Несколько веков назад в Турции, на Ближнем Востоке, в Китае для профилактики оспы втирали в кожу и слизистые оболочки носа гной из подсохших оспенных гнойников. Люди надеялись, что, переболев каким-то инфекционным заболеванием в легкой форме, они приобретут устойчивость к действию возбудителей в последующем.
Так зарождалась иммунология – наука, изучающая реакции организма на нарушение постоянства его внутренней среды.
Нормальное состояние внутренней среды организма является залогом правильного функционирования клеток, не общающихся напрямую с внешним миром. А такие клетки образуют большинство наших внутренних органов. Внутреннюю среду составляют межклеточная (тканевая) жидкость, кровь и лимфа, а их состав и свойства во многом контролирует иммунная система.
Трудно найти человека, который не слышал бы слово “иммунитет”. Что же это такое?
Иммунитет (от латинского immunitas – освобождение, избавление) – защита организма от внешних и внутренних биологически активных агентов (антигенов), направленная на сохранение постоянства внутренней среды (гомеостаза) организма. | ||
Другими словами, это невосприимчивость организма к инфекционным агентам и веществам, обладающим антигенными свойствами.
Антигены – общее название чужеродных для организма агентов и веществ. Ими могут быть продукты жизнедеятельности микроорганизмов – возбудителей различных заболеваний, ядовитые соединения растительного и животного происхождения, погибшие или переродившиеся клетки самого организма и другие вещества.
В жизни нас окружает бесчисленное множество невидимых простым глазом микроорганизмов, многие из которых очень опасны для организма. Поражает их воспроизводство. Одна бактерия в течение 1 ч порождает 8 себе подобных особей, через 2 ч их образуется уже 64, через 24 ч – 4772 триллиона. При размножении в течение 1 года получилась бы масса бактерий, равная массе Солнца. Но в природе все находится в равновесии и беспрепятственного увеличения числа микробов не происходит. Научился сопротивляться этим агрессорам и наш организм.
В нашем организме есть особые механизмы, препятствующие проникновению в него микробов и развитию инфекций. Так, слизистые оболочки выполняют роль барьера, через который проходят далеко не все микробы, а выделяемые кожным эпителием и слизистыми оболочками вещества понижают активность микробов или полностью их инактивируют. Одним из главных механизмов сопротивления является иммунная система.
Строение и состав иммунной системы. Иммунная система человека (рисунок 1.5.13) включает центральные органы – костный мозг и вилочковую железу (тимус) – и периферические – селезенку, лимфатические узлы, лимфоидную ткань. Эти органы вырабатывают несколько типов клеток, которые и осуществляют надзор за постоянством клеточного и антигенного состава внутренней среды.
Рисунок 1.5.13. Основные органы иммунной системы человека
Основные клетки иммунной системы – фагоциты и лимфоциты (В- и Т-лимфоциты). Они циркулируют по кровеносной и лимфатической системе, некоторые из них могут проникать в ткани. Все клетки иммунной системы имеют определенные функции и работают в сложном взаимодействии, которое обеспечивается выработкой специальных биологически активных веществ – цитокинов. Вы, наверное, слышали такие названия, как интерфероны, интерлейкины и тому подобные. Это так называемые цитокины, с помощью которых клетки иммунной системы могут обмениваться информацией и осуществлять координацию своих действий.
Фагоциты (в переводе на русский язык – “пожирающие”) бросаются на пришельцев, поглощая и разрушая микробы, ядовитые вещества и другие чужеродные для организма клетки и ткани. При этом погибают и сами фагоциты, высвобождая вещества (медиаторы), вызывающие местную воспалительную реакцию и привлекающие новые группы фагоцитов на борьбу с антигенами.
Впервые фагоциты – “подвижные клетки” открыл в 1882 году И.И. Мечников, когда проводил опыт, вводя в тело личинок морских звезд шип от розы. Он увидел, как занозу быстро окружают клетки и пытаются ее уничтожить.
Этот процесс был назван И.И. Мечниковым фагоцитозом, а клетки, осуществляющие эту функцию, – фагоцитами. Установлено, что один фагоцит может захватить 15-20 бактерий. Если он поглощает больше микробов, чем может их переварить, то клетка гибнет. Смесь погибших и живых фагоцитов и бактерий называется гноем.
Известно, что при многих заболеваниях повышается температура, возникает воспалительный процесс.
Воспаление – это защитная реакция организма против инфекций. | ||
Лимфоциты вырабатывают специфические белки (антитела) – иммуноглобулины, взаимодействующие с определенными антигенами и связывающие их. Антитела нейтрализуют активность ядов, микробов, делают их более доступными для фагоцитов.
Защитные реакции организма обеспечиваются клетками-фагоцитами, а также белками-антителами. | ||
Иммунная система “запоминает” те чужеродные вещества, с которыми она хоть раз встречалась и на которые реагировала. От этого зависит формирование невосприимчивости к “чужим” агентам, терпимости к собственным биологически активным веществам и повышенной чувствительности к аллергенам. Нормально функционирующая иммунная система не реагирует на внутренние факторы и, в то же время, отторгает чужеродные воздействия на организм. Она формирует иммунитет – противоинфекционный, трансплантационный, противоопухолевый. Иммунитет защищает организм от инфекционных болезней, освобождает его от погибших, переродившихся и ставших чужеродными клеток. Иммунные реакции являются причиной отторжения пересаженных органов и тканей. При врожденных или приобретенных дефектах иммунной системы возникают заболевания – иммунодефицитные, аутоиммунные или аллергические, вызванные повышенной чувствительностью организма к аллергенам.
Виды иммунитета. Различают естественный и искусственный иммунитет (смотри рисунок 1.5.14).
Рисунок 1.5.14. Виды иммунитета
Человек уже с рождения невосприимчив ко многим болезням. Такой иммунитет называют врожденным. Например, люди не болеют чумой животных, потому что у них в крови уже содержатся готовые антитела. Врожденный иммунитет передается по наследству от родителей. Организм получает антитела от матери через плаценту или с материнским молоком. Поэтому часто у детей, находящихся на искусственном вскармливании, ослаблен иммунитет. Они больше подвержены инфекционным заболеваниям и чаще страдают от диабета. Врожденный иммунитет сохраняется всю жизнь, но он может быть преодолен, если дозы заражающего агента увеличатся или ослабеют защитные функции организма.
В некоторых случаях иммунитет возникает после перенесенных заболеваний. Это приобретенный иммунитет. Переболев один раз, люди приобретают невосприимчивость к возбудителю. Такой иммунитет может сохраняться десятки лет. Например, после кори остается пожизненный иммунитет. Но при других инфекциях, например при гриппе, ангине, иммунитет сохраняется относительно недолго, и человек может перенести эти заболевания несколько раз в течение жизни. Врожденный и приобретенный иммунитет называют естественным.
Инфекционный иммунитет всегда конкретен или, другими словами, специфичен. Он направлен только против определенного возбудителя и не распространяется на прочих.
Существует также искусственный иммунитет, который возникает в результате введения в организм готовых антител. Это происходит, когда заболевшему человеку вводят сыворотку крови переболевших людей или животных, а также при введении ослабленных микробов – вакцины. В этом случае организм активно участвует в выработке собственных антител, и такой иммунитет остается на длительное время. Об этом подробнее будет сказано в главе 3.10.
В результате изучения материала данной главы студент будет:
знать
- • о значении иммунной системы для организма, о механизмах и органах иммунной защиты;
- • о возрастных морфофункциональных особенностях иммунных органов, об организации иммунного ответа в разные периоды онтогенеза, о факторах, влияющих на их состояние и развитие иммунитета в онтогенезе;
- • возможные пути организации профилактических мероприятий, направленных на укрепление иммунной защиты в детском и подростковом возрасте;
уметь
- • анализировать возрастные особенности иммунной защиты и обусловленные ими требования к уходу и воспитанию детей и подростков;
- • анализировать теоретические предпосылки методов повышения иммунной защиты для обоснованного использования их в практической деятельности;
владеть навыками
• культурно-просветительной работы по вопросам иммунной защиты в детском и подростковом возрасте.
Механизмы иммунной защиты организма
Иммунитет – э го способность распознавать вторжение в организм чужеродных объектов и уничтожать или удалять эти объекты из организма.
В организме человека одновременно работают две иммунные системы, различающиеся своими возможностями и механизмом действия, – специфическая и неспецифическая. Специфические защитные механизмы отличаются тем, что они начинают действовать только после первичного контакта с антигеном, тогда как неспецифические обеззараживают даже тс вещества, с которыми организм прежде не встречался. Однако специфическая иммунная система является наиболее мощной и эффективной.
Специфическая иммунная система
При проникновении в организм антигена клетки специфической иммунной системы начинают вырабатывать антитела и антитоксины, которые соединяются с антигенами и нейтрализуют их вредное влияние на организм. Антитела, или иммунные тела, представляют собой циркулирующие в крови белковые вещества (иммуноглобулины), образующиеся в организме под действием попавших в него чужеродных тел (бактерий, вирусов, белковых частиц и др.), называемых антигенами. Антитоксины – это антитела, синтезирующиеся в организме при его отравлении токсинами (ядовитыми веществами, продуцируемыми патогенными микроорганизмами).
Основной структурной и функциональной единицей специфической иммунной системы является белая кровяная клетка – лимфоцит, который существует в виде двух независимых популяций (Т-лимфоциты и В-лимфоциты). Лимфоциты, как и другие клетки крови, образуются из стволовых клеток костного мозга. Из части стволовых клеток формируются непосредственно В-лимфоциты. Другая часть поступает в тимус (вилочковую железу), где они дифференцируются в Т-лимфоциты.
В специфической борьбе с чужеродными микроорганизмами участвуют и клетки (клеточный иммунитет), и антитела (гуморальный иммунитет).
Клеточный иммунитет. Т-лимфоциты, несущие на своих мембранах рецепторы соответствующих веществ, распознают иммуноген. Размножаясь, они образуют клон таких же Т-клеток и уничтожают микроорганизм или вызывают отторжение чужеродной ткани.
Гуморальный иммунитет. В-лимфоциты также распознают антиген, после чего синтезируют соответствующие антитела и выделяют их в кровь. Антитела связываются с антигенами на поверхности бактерий и ускоряют их захват фагоцитами либо нейтрализуют бактериальные токсины.
Становление механизмов специфического иммунитета связано с формированием лимфоидной системы, дифференцировкой Т- и В-лимфоцитов, которая начинается с 12-й недели внутриутробной жизни. У новорожденных содержание Т- и В-лимфоцитов в крови выше, чем у взрослого, но они менее активны, поэтому основную роль играют антитела, попадающие в кровь ребенка от матери через плаценту до рождения и поступающие с материнским молоком.
Собственная иммунная система начинает функционировать с началом развития микрофлоры в желудочно-кишечном тракте ребенка. Микробные антигены являются стимуляторами иммунной системы организма новорожденного. Примерно со 2-й недели жизни организм начинает выработку собственных антител. В первые 3–6 месяцев после рождения разрушается материнская и созревает собственная иммунная система. Низкое содержание иммуноглобулинов в течение первого года жизни объясняет легкую восприимчивость детей к различным заболеваниям. Только ко 2-му году организм ребенка обретает способность вырабатывать достаточное количество антител. Иммунная защита достигает максимума на 10-м году. В дальнейшем напряженность иммунитета держится на постоянном уровне и начинает снижаться после 40 лет.
Важнейшим свойством специфической иммунной системы является иммунологическая память. В результате первой встречи запрограммированного лимфоцита с определенным антигеном образуется два вида клеток. Одни из них сразу выполняют свою функцию – секретируют антитела, другие представляют собой клетки памяти, циркулирующие в крови длительное время. В случае повторного поступления этого же антигена клетки памяти быстро превращаются в лимфоциты, вступающие в реакцию с антигеном (рис. 10.1). При каждом делении лимфоцита количество клеток памяти возрастает.
Рис. 10.1. Первичный и вторичный иммунные отклики
(на графике видно, что организм, один раз уже боровшийся с инфекцией, во второй раз реагирует быстрее и более мощно)
Кроме того, после встречи с антигеном Т-лимфоциты активируются, увеличиваются и дифференцируются в одну из пяти субпопуляций, каждая из которых обусловливает определенный ответ. Т-киллеры (убийцы) при встрече с антигеном вызывают его гибель. Т-супрессоры подавляют иммунный ответ В-лимфоцитов и других Т-лимфоцитов на антигены. Для осуществления иммунного ответа В-лимфоцита на антиген необходима его кооперация с Т-хелпером (помощником). Но это взаимодействие возможно только при наличии макрофага – Е-клетки. При этом макрофаг передает антиген В-лимфоциту, который затем продуцирует плазматические клетки, уничтожающие чужеродный микроорганизм.
В-лимфоцит производит сотни плазматических клеток. Каждая такая клетка дает огромное количество антител, готовых уничтожить антиген. Антитела по своей природе являются иммуноглобулинами и обозначаются Ig. Иммуноглобулины бывают пяти видов: IgA, IgG, IgE, IgD и IgM. Около 15% всех антител – это IgG, которые вместе с IgM воздействуют на бактерии и вирусы. IgA защищают слизистые оболочки пищеварительной, дыхательной, мочеполовой систем. IgE ответственны за аллергические реакции. Увеличение количества IgM свидетельствует об остром заболевании, IgG – о хроническом процессе.
Кроме того, лимфоциты продуцируютлимфокипы. Самый известный из них – интерферон, который образуется под действием вируса. Функцией интерферона является стимуляция неинфицированных клеток к выработке противовирусных белков. Интерферон активен против всех видов вирусов и способствует увеличению числа Т-лимфоцитов.
Активация лимфоцитов приводит также к синтезу клетками неспецифических биологически активных веществ, называемых цитокинами, или интерлейкинами. Эти вещества регулируют характер, глубину, продолжительность иммунного ответа и иммунного воспаления. Продолжительность жизни В-лимфоцитов составляет несколько недель, Т-лимфоцитов – 4–6 месяцев.
Специфический иммунитет может быть активным и пассивным, врожденным и приобретенным. Существуют четыре основных типа иммунитета:
- • естественный пассивный иммунитет (иммунитет новорожденного) – готовые антитела передаются от одного индивидуума к другому (того же вида); вследствие естественного разрушения антител в организме он обеспечивает лишь кратковременную защиту от инфекции;
- • приобретенный пассивный иммунитет – на основе образованных в организме одного индивидуума антител создают лечебные сыворотки и вводят их в кровь другому; этот вид иммунитета также сохраняется непродолжительное время;
- • естественный активный иммунитет – организм вырабатывает собственные антитела при инфицировании;
- • приобретенный активный иммунитет – в организм вводятся небольшие количества иммуногенов в виде вакцины.
Неспецифические факторы защиты включают:
- • непроницаемость кожного покрова и слизистых оболочек для микроорганизмов;
- • бактерицидные вещества в слюне, слезной жидкости, крови, спинномозговой жидкости;
- • выделение вирусов почками;
- • фагоцитоз – процесс поглощения чужеродных частиц и микроорганизмов специальными клетками: макрофагами и микрофагами;
- • гидролитические ферменты, расщепляющие микроорганизмы;
- • лимфокины;
- • систему комплемента – специальную группу белков, участвующих в «борьбе» с чужеродными микроорганизмами.
Фагоцитарная реакция осуществляется с помощью специальных лейкоцитов, способных к фагоцитозу, т.е. поглощению болезнетворных агентов и комплексов антиген-антитело. У человека фагоцитарную роль выполняют нейтрофилы и моноциты. Как только в организм попадают чужеродные частицы, к месту их внедрения направляются находящиеся поблизости лейкоциты, причем скорость некоторых из них может достигать почти 2 мм/ч. Приблизившись к чужеродной частице, лейкоциты обволакивают ее, втягивают внутрь протоплазмы и затем переваривают с помощью специальных пищеварительных ферментов. Многие из лейкоцитов при этом гибнут, и из них образуется гной. При распаде погибших лейкоцитов выделяются также вещества, вызывающие в ткани воспалительный процесс, сопровождающийся неприятными и болевыми ощущениями. Вещества, обусловливающие воспалительную реакцию организма, способны активировать все защитные силы организма: к месту внедрения чужеродного тела направляются лейкоциты из самых отдаленных частей тела.