Какие лейкоциты участвуют в создании клеточного иммунитета
Лейкоциты — ядерные клетки, их диаметр больше, чем у эритроцитов (рис. 65).
Рис. 65. Периоды жизни лейкоцитов
В 1 мм3 крови насчитывается 4 000-8 000 лейкоцитов. Лейкоциты образуются в красном костном мозге, селезенке, лимфатических узлах. Они живут от нескольких суток до нескольких десятков лет. Лейкоциты — бесцветные клетки, поэтому их называют белыми кровяными клетками. Они не имеют постоянной формы, так как основная функция лейкоцитов — защита организма от микробов, переохлаждения и перегрева, проникновения в организм чужеродных веществ. Подобно амебе, лейкоциты передвигаются своими ложноножками, проникают через стенки кровеносных сосудов и устремляются к месту поражения ткани. Лейкоциты чувствительны к химическим веществам, выделяемым микробами и поврежденными клетками, поэтому они устремляются в направлении источника раздражения; они поглощают своим телом чужеродные вещества и переваривают их с помощью ферментов (рис. 66).
Рис. 66. Воспалительный процесс при попадании в кожу инородного тела
Например, при попадании инородного тела в кожу это место краснеет, воспаляется и образуется гнойничок. Лейкоциты обезвреживают бактерии, занесенные в рану. При этом погибает множество лейкоцитов. Погибшие лейкоциты, ткани и клетки выделяются из раны в виде гноя, затем рана заживает.
Процесс поглощения и переваривания лейкоцитами различных микроорганизмов И.И. Мечников назвал фагоцитозом, а клетки-пожиратели — фагоцитами. В 1893 году он создал теорию о клеточном, иммунитете и защитной роли фагоцитоза. Если организм от чужеродных тел защищают фагоциты, то от проникших в организм микробов и ядовитых веществ защищают образующиеся в организме особые химические соединения. Против проникших микробов или их ядов (антигенов) кровь и лимфа в организме вырабатывают особые белковые вещества (антитела). Антитела соединяются с микробами, переваривают их и обезвреживают яды, выделяемые микробами. Антитела могут повлиять только на один вид микробов. Если человек болен инфекционной болезнью, вызванной одним видом микробов, то второй раз он может противостоять этой болезни. В организме возникает иммунитет, т.е. свойство организма защищать себя от действия болезнетворных микробов. Различают два вида иммунитета: один врожденный, а второй приобретенный. Врожденный иммунитет защищает организм человека от некоторых болезней, которыми болеют животные. Человек не болеет чумой животных, так как в его организме имеются готовые антитела, которые наследуются от родителей. Приобретенный иммунитет вырабатывается после перенесения инфекционных (например, коклюша, кори, ветряной оспы и др.) болезней. Эти виды иммунитета называют естественными. Для выработки искусственного иммунитета человеку делают прививку, т.е. вводят убитых или сильно ослабленных возбудителей болезней (например, брюшного тифа, дифтерии). После прививки человек долгое время не болеет этой болезнью.
Лейкоциты — клетки иммунитета. Иммунитет (от лат. immunitas — освобождение от чего-либо) — способность организма защищать себя от генетически чужеродных тел и веществ. Иммунная система человека состоит из группы органов и специальных клеток, разбросанных по всему телу. Иммунная система человека контролирует постоянство внутренней среды организма. Основную функцию иммунитета выполняют лейкоциты.
Образование лейкоцитов. Все лейкоциты образуются из одной клетки в красном костном мозге. Лейкоциты делятся 7-9 раз, в результате чего из одной клетки образуются до 500 взрослых лейкоцитов. Для выполнения своей функции лейкоциты связываются с антигенами (это происходит после дополнительного деления 6-9 раз). Процесс деления происходит в костном мозге. Деление, развитие видов лейкоцитов (базофил, эозинофил, нейтрофил, лимфоцит, моноцит) происходит специфично. Лейкоциты с ядром в виде палочки и сегментированные называются нейтрофилами. Они сразу не поступают в кровь, а в большом количестве собираются в костном мозге, где превышают количество нейтрофилов в крови. Вторым местом скопления нейтрофилов являются стенки кровеносных сосудов. При воспалительном процессе в кровь сначала поступают нейтрофилы стенок кровеносных сосудов, которые увеличивают общее количество лейкоцитов. Кроме того, в кровь поступают лейкоциты, накопленные в костном мозге. При простудных заболеваниях количество лейкоцитов в крови увеличивается, и организм борется с болезнью.
Физиологической основой иммунитета являются лимфоциты. В организме человека образуются две группы лимфоцитов: Т- и В-лимфоциты. Т-лимфоциты образуются в основном в тимусе, а В-лимфоциты — в костном мозге. Они обозначены Т и В, так как образованы от латинских слов thymosи lursa Fabricii(Фабрициева сумка), т.е. заглавными буквами слов. Т-лимфоциты из красного костного мозга поступают в тимус, здесь они дифференцируются и образуют несколько разновидностей клеток, затем поступают в кровь. Основная их функция — это распознавание и уничтожение чужеродной клетки. На мембране Т-лимфоцитов располагаются молекулы одного вида антител. При поступлении в организм чужеродных клеток Т-лимфоциты связываются с антигенами чужеродной клетки. Антитела Т-лимфоцитов вступают в связь с антигенами чужеродной клетки. Т-лимфоциты усиленно размножаются и уничтожают чужеродную клетку. Механизм этого процесса заключается в следующем: Т-лимфоциты нарушают свойства проницаемости мембраны чужеродной клетки и тем самым способствуют ее уничтожению. Т-лимфоциты регулируют силу и характеристику иммунной реакции организма. Наряду с этим они участвуют в иммунной реакции организма на онкологические, вирусные, паразитарные, грибковые и бактериальные инфекции.
В-лимфоциты выполняют другую роль. Они образуют иммуноглобулины и выделяют их в кровь. Если Т-лимфоциты защищают организм от чужеродных клеток, то В-лимфоциты — защищают организм от чужеродных молекул. Лимфоциты в организме влияют на образование и дифференциацию кровяных клеток.
Отрасль науки, изучающая защитные реакции организма, направленная на сохранение его структуры и функциональной целостности и биологической индивидуальности, называется иммунологией. Основоположником этой отрасли является Луи Пастер, открывший в 1879 году вакцины, т.е. прививки против сибирской язвы, бешенства, краснухи. В результате научно обоснованной Л.Пастером иммунно-профилактической работы стало возможным предотвратить распространение опасных заболеваний. Это открыло пути для развития направления инфекционной иммунологии.
В результате ослабления взаимодействия рецепторов иммунных клеток лимфоцитов (Т4 и Т8) с молекулами, регулирующими иммунитет, возникает иммунный дефицит организма. В результате иммунодефицита в иммунной системе человека возникает опасное заболевание СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита). Причиной этой болезни является то, что Т4-лимфоциты в крови не получили должного стимула, не развивались и не размножались в лимфатических узлах. Недостаток Т4-лимфоцита в организме снижает его защитную реакцию. Против проникшей в клетку инфекции не срабатывает защитный механизм лимфоцитов, а остатки неуничтоженных клеток превращаются в раковые. Из-за недостатка Т4-лимфоцитов не стимулируется развитие В-клеток и нарушается защитная гуморальная реакция организма. СПИД передается другому человеку через кровь и половым путем. Кроме того, причиной этой болезни является заражение через нестерильные шприцы в больницах при сдаче крови на анализ или введении лекарства. Опасность СПИДа состоит в том, что вирусы, возбудители этой болезни, скапливаются в половых органах, а также он способствует прогрессу хронических заболеваний организма. Поэтому организм человека не может противостоять различным болезням. От этой болезни не излечиваются. Профилактика СПИДа заключается в применении одноразовых шприцев, избежании случайных связей, соблюдении правил личной гигиены.
Лимфа и ее значение. Лимфа — прозрачная желтоватая жидкость. Она образуется в лимфатических узлах, движется по лимфатическим сосудам и через венозные сосуды вливается в правое предсердие. В организме взрослого человека массой 60 кг содержится примерно 1200-1600 мл лимфы. В отличие от крови, ядовитые вещества в организме быстро проникают в лимфу. Лимфатическая система так же, как кровеносная, транспортирует питательные вещества и минеральные соли в клетки и ткани, а также выводит ненужные и ядовитые вещества из клеток (рис. 67).
Рис. 67. Лимфатическая система
Лимфатическая система также выполняет свойственные только ей функции: барьерную и создание иммунитета. Лимфатические узлы удерживают, фильтруют и обезвреживают ядовитые вещества в лимфе, бактерии, вирусы и другие вещества. Например, тушь, торий, маслянистые вещества хранятся в лимфатических узлах человека в течение всей жизни. Эта барьерная функция лимфатических узлов иногда бывает вредной. Например, при хронической ангине, туберкулезе, бруцеллезе лимфатические узлы превращаются в источник инфекции. Кроме того, лимфатические узлы могут превращаться в опухолевые клетки. Иммунная функция лимфатической системы осуществляется за счет лимфоцитов. Лимфоциты являются разновидностью лейкоцитов. В организме человека насчитывается около 460 лимфатических узлов. Лимфоциты образуются в этих узлах, селезенке, тимусе и костном мозге. В 1 мм3 лимфы грудной полости содержится до 2 000 лимфоцитов. В тимусе образуются, развиваются Т-лимфоциты.
Лимфоциты — самые главные защитники организма. Они образуют антитела против возбудителей инфекционных болезней. Затем сохраняют эти антитела, поэтому человек повторно не болеет этой болезнью, так как лимфоциты против возбудителей этой инфекции быстрее, чем раньше, образуют антитела. Таким образом, повышается сопротивляемость организма против инфекции. Питательная функция лимфатической системы заключается в поглощении белков, жиров и других веществ из крови и транспортировке, активно участвует в обмене белков, жиров, витаминов. При употреблении жирной пищи увеличивается объем лимфатических узлов. Функция лимфатической системы регулируется гуморальным путем, тимусом и селезенкой. При нарушении функции тимуса тяжелее переносятся воспаление легких, грипп и другие болезни.
При недостаточном круговороте лимфы в организме многие болезни обостряются, выздоровление длится долго.
На функцию лимфатической системы хорошо влияют занятия спортом, физической культурой, соблюдение личной гигиены, режима питания, гигиены дыхания и нормальная работа кровеносной системы.
Кровь, ее состав и функцию изучает наука гематология, а врача, лечащего болезни крови, называют гематологом.
1. Каково значение лейкоцитов?
2. Что такое фагоцитоз?
3. Что называют антителами и антигенами?
4. Каково значение видов иммунитета?
5. В чем отличие лейкоцитов от эритроцитов?
6. Что такое лимфа, какую функцию она выполняет?
7. Что знаете о СПИДе? Расскажите.
Задание.
Заполните эту таблицу в тетради
Клетки крови
| Клетки крови | Форма клеток | Наличие ядра | Количество в 1 мм3 крови | Значение клеток |
Состав крови
Кровеносная, она же сердечно-сосудистая система обеспечивает циркуляцию крови и лимфы в организме человека. Среди всех органов тела только поверхность глаз может получать кислород непосредственно из воздуха. Все остальные органы и ткани, даже кожа, получают кислород с током крови.
Кровь относится к соединительной ткани, клетки в ней занимают гораздо меньший объем, чем межклеточное вещество. Кровь состоит из жидкости с растворенными веществами (плазмы) и форменных элементов: лейкоцитов, эритроцитов и тромбоцитов. Плазма крови образует внутреннюю среду организма: жидкость из крови «выдавливается» в ткани и становится тканевой жидкостью, избыток тканевой жидкости попадает в лимфатические сосуды, становясь лимфой. Лимфа в итоге попадает в кровоток, возвращая жидкость в кровь.
Плазма крови содержит 0,9% хлорида натрия (поваренная соль), поэтому для внутривенных вливаний используют водный 0,9% раствор NaCl («физиологический», или изотонический раствор). Другие соли и органические вещества в сумме занимают около 9% массы плазмы. Большую роль играют белки плазмы, особенно альбумины.
Для поддержания постоянной кислотности в плазме присутствуют буферные системы. Водородный показатель крови человека (pH) в среднем равен 7,4. При его смещении в кислотную или основную сторону происходят химические реакции в буферных системах, которые уравновешивают изменения кислотности.
Поддерживать постоянство внутренней среды (гемостаз) необходимо для нормальной жизни клеток. Клеточная мембрана проницаема для молекул воды, поэтому если снаружи концентрация раствора повышается (гипертонический раствор), вода стремится выйти из клетки по закону осморегуляции. Клетка при этом скукоживается, становится неправильной формы, многие ее органеллы перестают правильно работать.
Если же концентрация соли в окружающем растворе слишком мала (гипотонический раствор), вода стремится внутри клетки, чтобы «разбавить» ее содержимое. В этом случае клетки разбухают, мембрана может не выдержать и лопнуть. Таким образом, изменение солености крови может привести к необратимым изменениям в организме.
Клетки составляют около 45% объема крови. Выделяют «белую» кровь – лейкоциты и «красную» кровь – эритроциты. Эритроциты имеют небольшой размер и двояковогнутую дисковидную форму. Такая форма дает большую площадь поверхности при минимальном объеме, что повышает эффективность газообмена. Эритроциты человека не имеют ядра, они теряют его в процессе созревания.
Эритроциты
В 1 мл крови содержится 4-6 млн эритроцитов. Их главная функция – перенос кислорода, за это отвечает крупный белок – гемоглобин. Одна молекула гемоглобина состоит из четырех полипептидных цепей (глобина) и железосодержащих групп (гема). Каждая молекула гемоглобина может перенести четыре молекулы кислорода, причем способность связывать и отдавать кислород зависит от условий среды: в более щелочной среде (легких) гемоглобин лучше связывает кислород, в то время как в более кислой среде (тканях), он лучше отдает его.
Механизм действия гемоглобина
Помимо кислорода с гемоглобином могут связываться другие газы, самым опасным из которых является угарный (СО). Он образуется при неполном сгорании органики в условиях нехватки кислорода и не имеет цвета и запаха. Сродство гемоглобина к угарному газу гораздо выше, чем к кислороду, поэтому, однажды связавшись с гемоглобином, угарный газ будет еще долго циркулировать в крови. При этом свободных сайтов связывания кислорода станет меньше и ткани начнут страдать от его нехватки. Тяжелое отравление угарным газом требует немедленной специализированной помощи.
Клетки крови
Лейкоциты
Лейкоциты являются основой клеточного иммунитета, это сферические клетки с достаточно крупным ядром. 1 мл крови содержит 4-11 тысяч лейкоцитов. Из всех клеток организма они наиболее уязвимы к действию радиации.
В зависимости от свойств лейкоциты делятся на несколько типов: содержащие гранулы, или гранулоциты (эозинофилы, нейтрофилы, базофилы) и не содержащие – агранулоциты.
Тромбоциты
Также кровь содержит тромбоциты, которые представляют собой отшнуровавшиеся куски гигантской клетки. Сами тромбоциты клетками не являются, они выглядят как мелкие пластинки неправильной формы и содержат только цитоплазму с гранулами. В гранулах находятся ферменты свертывающей системы, которые активируются при повреждении сосуда: образуется сгусток крови (тромб), который закупоривает поврежденный участок. 1 мл крови содержит 200-500 тысяч тромбоцитов.
Начало всем форменным элементам крови дают стволовые клетки красного костного мозга. Клетки крови постоянно обновляются, но у разных типов клеток обновление происходит с разной периодичностью. Эритроциты могут циркулировать 120-130 суток, в то время как лейкоциты и тромбоциты обычно живут не дольше 5-7 суток.
Иммунитет
Иммунная система защищает организм от воздействия бактерий, вирусов, грибов и паразитов, вредных веществ. В случае сбоя в работе иммунитета могут возникать аутоиммунные заболевания, в организме человека есть несколько механизмов, чтобы их предотвратить.
Органы, участвующие в формировании иммунитета
Основными органами иммунной системы являются селезенка, тимус (вилочковая железа) и костный мозг, где появляются и начинают созревать иммунные клетки. Клетки иммунитета циркулируют с кровью, располагаются в лимфоузлах и тканях, особенно много их в местах контакта с внешней средой (кожа, ЖКТ, дыхательные пути). Некоторые органы защищены от иммунного ответа барьерами, они называются иммунологически привилегированными органами. Это мозг, камеры глаза, семенники, плацента и плод и т.д. При травмах иммунологически привилегированных органов, когда нарушается целостность барьера, могут возникнуть аутоиммунные реакции.
Макрофаги
Другие клетки неспецифического иммунитета, которые первыми отвечают на воздействие, – макрофаги. Это крупные клетки, которые способны к активному передвижению и фагоцитозу, они пожирают бактерии и инородные тела. Самостоятельно распознавать чужеродные белки макрофаги не способны, их действие не избирательно. «Ориентируют» макрофагов на уничтожение конкретных клеток антитела.
Макрофаг, фагоцитирующий бактерии.
Другими клетками иммунитета являются нейтрофилы и эозинофилы. Они, как и макрофаги, являются фагоцитами (то есть способны к фагоцитозу). Кроме того, в их цитоплазме есть гранулы с едкими веществами, которые высвобождаются при активации клетки. Запускается каскад химических реакций, в ходе которых образуются активные формы кислорода, это называется кислородным взрывом. Нейтрофилы и эозинофилы, а также окружающие здоровые клетки тоже погибают в результате кислородного взрыва, их остатки фагоцитируют макрофаги. Эозинофилы играют основную роль в развитии аллергий.
Нейтрофил, эозинофил, базофил
Фагоциты способны к направленному движению (хемотаксису), их можно обнаружить во многих тканях и органах, даже на поверхности кожи. Благодаря их постоянной активности большая часть атакующих агентов не вызывает инфекции, то есть системного ответа организма. Инфекция возникает в том случае, если иммунитет ослаблен (переутомление, переохлаждение, голодание и т.д.) или если инфекционный агент не был вовремя распознан фагоцитами.
Различают два вида иммунитета: клеточный и гуморальный. Гуморальный иммунитет – это система комплемента и циркулирующие с плазмой крупные молекулы – антитела. Белки системы комплемента «помечают» чужеродные агенты, вызывая направленное движение клеток иммунитета. Также система комплемента может формировать поры в мембране бактерий, что будет вести к их разрушению.
Антитела
Каждое антитело имеет на конце вариабельные домены (участки), комплементарные к чужеродному белку и специфические для конкретного возбудителя. Они прикрепляются к комплементарным участкам белков, «помечая» их для других клеток иммунного ответа, например, для фагоцитов. Также антитела могут слипаться между собой, что вызывает агглютинацию возбудителя. Особенно эффективны антитела против бактерий.
На рисунке изображены молекулы антител. Каждая состоит из двух пар цепей, синим цветом нарисованы тяжелые цепи, коричневым – легкие.
Клеточный иммунитет состоит из Т и В-лимофцитов. Т-лимофоциты могут быть двух видов: Т-хелперы и Т-киллеры. Т-киллеры клетки-убийцы, они запускают процессы апоптоза, то есть запрограммированной гибели клеток, их самоуничтожения. Это необходимо, если клетки организма заражены вирусами или бактериями или если при делении в геноме появились мутации (то есть Т-киллеры борются также с раковыми клетками).
В-лимфоциты синтезируют антитела и таким образом управляют гуморальным иммунитетом. При миграции В-клеток из крови в ткань они дифференцируются в плазматические клетки.
Лимфоциты действуют избирательно, они «настроены» на уничтожение возбудителя с конкретными антигенами. Чтобы правильно «настроить» лимфоциты, нужны антиген-презентирующие клетки (АПК). АПК фагоцитируют чужеродных агентов и выставляют на своей поверхности участки их молекул в комплексе с МНС II (главный комплекс гистосовместимости II). Т-хелперы способны распознавать чужие молекулы на поверхности АПК и активировать иммунный ответ.
Специфический иммунитет очень эффективен, но требует времени на развертывание. От попадания возбудителя в кровь до выработки антител может пройти несколько дней.
К неспецифическому иммунитету относят в основном фагоциты, которые пытаются поглотить или разрушить любое инородное тело или подозрительную клетку, которую встречают.
Немаловажную роль в иммунной защите организма играет воспаление. Это сложный стадийный процесс, который имеет следующие признаки: отек, местное повышение температуры, покраснение, боль и утрата функции органа. Благодаря отеку затрудняется распространение возбудителей по организму, место проникновения ограничивается. При повышении температуры повышается активность некоторых белков гуморального иммунитета, в то время как активность бактерий и скорость их размножения снижаются. Воспалительный процесс особенно эффективен против паразитов.
N-киллеры (натуральные киллеры), как и Т-киллеры могут запускать процессы клеточной гибели. Однако они, в отличии от Т-клеток, не требуют специальной подготовки – презентации антигена и активации. N-киллеры хорошо борются с опухолями.
Интерфероны – белки крови, которые составляют основу противовирусного гуморального иммунитета. Вирусы проникают в клетки организма, после чего здоровые клетки перестают синтезировать необходимые белки и начинают воспроизводить белки и генетическую информацию вирусов. Чтобы остановить распространение вирусных частиц и выиграть время на формирование специфического иммунитета, интерфероны замедляют или даже останавливают синтез белка в зараженных клетках.
Неспецифический иммунитет не требует времени на развертывание, его действие начинается уже в первые минуты после воздействия. Однако и точность неспецифического иммунитета низкая, при развитии иммунного ответа могут страдать здоровые клетки.
Синтез клеток специфического иммунитета (лимфоцитов) включает в себя элемент случайности, только так можно достигнуть неимоверного разнообразия иммунных клеток. Чтобы в кровоток не выходили клетки, которые способны атаковать собственный организм, они проходят строгий отбор в органах иммунной системы, где происходит созревание лимфоцитов (тимус, лимфоузлы). Если в результате отбора оказывается, что юный лимфоцит распознает клетки своего организма в качестве «врагов», в нем запускается процесс апоптоза, самоуничтожения.
Группы крови. Гемотрансфузия.
На поверхности эритроцитов могут находиться белки-агглютиногены А и В. В зависимости от того, какие агглютиногены есть в организме, выделяют: I группу крови (без агглютиногенов), II (только А), III (только В) и IV (оба агглютиногена).
При гемотрансфузии (переливании крови) необходимо учитывать группу, чтобы избежать возникновения иммунного конфликта. Если человеку с I группой крови перелить любую другую, клетки его иммунитета распознают чужеродные белки-агглютиногены и выработают антитела. В результате все чужие эритроциты «слипнутся» (агглютинируют), что может быть очень опасно для организма хозяина. Поэтому людям с I группой крови можно переливать только кровь такой же группы.
Если же перелить кому-нибудь эритроциты I группы крови, не имеющие белков-агглютиногенов, реакции иммунитета не последует. Можно сказать, что обладатели I группы самые «щедрые», потому что могут поделиться своей кровью со всеми. Также их называют универсальными донорами.
Обратная ситуация с IV группой: в крови таких людей нет антител ни к агглютиногену А, ни к агглютиногену В, поэтому им можно перелить кровь любой группы. Однако при попадании эритроцита группы IV в организм с другой группой произойдет агглютинация, поэтому обладателей IV группы крови можно назвать самыми «жадными» или универсальными реципиентами. Соответственно, II группу крови нельзя перелить обладателю III и наоборот.
Помимо агглютиногенов А и В существует много других белков, которые могут привести к возникновению иммунного конфликта. Международное общество трансфузиологов в настоящее время признает всего 36 систем деления крови на группы. Наиболее часто применяют систему АВО, в которой также учитывают резус-фактор. Впервые этот белок был описан у макак-резусов, за что и получил свое название.
Большая часть людей резус-положительна (Rh+), то есть имеет на эритроцитах белок-резус. Им можно переливать кровь с любым резусом. Людям же с резус-отрицательной кровью (Rh-) можно переливать только резус-отрицательную кровь.
Резус-фактор может стать причиной резус-конфликта между матерью и плодом. Если у резус-отрицательной матери будет резус-положительный ребенок, то при попадании крови плода в кровоток матери сформируются антитела к Rh+ белку. Чаще всего смешение крови происходит при родах и не несет опасности для ребенка. Если же антитела каким-то образом появились до родов, они могут проникнуть через плаценту и вызвать агглютинацию эритроцитов плода, что приведет к его гибели. Такая опасность часто возникает при повторной беременности резус-отрицательных женщин.
Распространенность групп крови варьирует в разных популяциях. На картинке приведена частота встречаемость разных групп по системе АВО в мире.
Распространенность групп крови