Наиболее современной концепцией иммунитета является
Процесс становления и развития науки об иммунитете сопровождался созданием разного рода теорий, которые заложили основу науки. Теоретические учения выступали в качестве объяснений сложных механизмов и процессов внутренней среды человека. Рассмотреть основные концепции иммунной системы, а также ознакомиться с их основоположниками поможет представленная публикация.
Что такое теория иммунитета?
Теория иммунитета — представляет собой учение, обобщенное экспериментальными исследованиями, в основе которого лежали принципы и механизмы действия иммунной защиты в организме человека.
Основные теории иммунитета
Теории иммунитета создали и развили на протяжении долгого периода времени И.И. Мечников и П. Эрлих. Основоположники концепций заложили основу развития науки об иммунитете — иммунологии. Рассмотреть принципы развития науки и особенности помогут основные теоретические учения.
Основные теории иммунитета:
- Основополагающей концепцией в процессе развития иммунологии выступила теория российского ученого Мечникова И.И. В 1883 году представитель российского научного сообщества предложил концепцию согласно которой во внутренней среде человека присутствуют подвижные клеточные элементы. Они способны заглатывать всем телом и переваривать чужеродные микроорганизмы. Клетки получили название — макрофаги и нейтрофилы.
- Родоначальником теории иммунитета, которая была разработана параллельно с теоретическим учением Мечникова стала концепция немецкого ученого П. Эрлиха. Согласно учению П. Эрлиха, было установлено, что в крови зараженных бактериями животных, появляются микроэлементы, уничтожающие инородные частицы. Белковые вещества получили название — антитела. Характерной особенностью антител является их направленность на сопротивление конкретному микробу.
- Учение М. Ф. Бернета. В основе его теории лежало предположение, что иммунитет представляет собой реакцию антител, направленную на распознание и разделение своих и опасных микроэлементов. Выступает в качестве создателя клонально — селекционной теории иммунной защиты. В соответствии с представленной концепцией один клон лимфоцитов реагирует на один определенный микроэлемент. Обозначенная теория иммунитета была доказана и в результате было выявлено, что иммунная реакция действует в отношении любых чужеродных организмов (трансплантат, опухоль).
- Инструктивная теория иммунитета датой создания считается 1930 год. Основоположниками выступили Ф. Брейнль и Ф. Гауровиц. Согласно концепции ученых, антиген является местом для соединения антител. Антиген также является ключевым элементом иммунного ответа.
- Теория иммунитет была разработана также М. Гейдельбергом и Л. Полингом. Согласно представленному учению образуются соединения из антител и антигенов в виде решетки. Создание решетки будет возможно только при наличии в молекуле антитела три детерминанта для молекулы антигена.
- Концепция иммунитета на основе которой была разработана теория естественного отбора Н. Ерне. Основоположник теоретического учения предположил, что в организме человека присутствует молекулы комплиментарные чужеродным микроорганизмам, которые попадают во внутреннюю среду человека. Антиген не осуществляет соединение и не изменяет существующие молекулы. Он контактирует с соответствующим ему антителом в крови или клетке и объединяется с ним.
Представленные теории иммунитета заложили основу иммунологии и позволили ученым выработать исторически сложившиеся взгляды относительно функционирования иммунной системы человека.
Клеточная
Основоположником клеточной (фагоцитарной) теории иммунитета выступает российский ученый И. Мечников. Изучая морских беспозвоночных ученый установил, что некоторые клеточные элементы поглощают чужеродные частицы, проникающие во внутреннюю среду. Заслуга Мечникова заключается в проведении аналогии между наблюдаемым процессом с участием беспозвоночных и процессом поглощения белыми клеточными элементами крови позвоночных субъектов. В результате исследователь выдвинул мнение согласно которому процесс поглощения выступает в качестве защитной реакции организма, сопровождающейся воспалением. В результате проведенного эксперимента была выдвинута теория клеточного иммунитета.
Клетки, осуществляющие защитные функции в организме, получили название фагоциты.
Отличительные особенности фагоцитов:
- Осуществление защитных функций и вывод токсичных веществ из организма;
- Представление антигенов на мембране клетки;
- Выделение химического вещества из других биологических веществ.
Механизм действия клеточного иммунитета:
- В клеточных элементах происходит процесс прикрепления молекул фагоцитов к бактериям и вирусным частицам. Представленный процесс способствует ликвидации чужеродных элементов;
- Эндоцитоз оказывает влияние на создание фагоцитарной вакуоли — фагосомы. Гранулы макрофагов и азурофильные и специфические гранулы нейтрофила перемещаются к фагосоме, и объединяются с ней, выделяя свое содержимое в ткань фагосомы;
- В процессе поглощения усиливаются генерирующие механизмы — специфический гликолиз и окислительное фосфорилирование в макрофагах.
Гуморальная
Родоначальником гуморальной теории иммунитета выступил немецкий исследователь П. Эрлих. Ученый утверждал, что уничтожение чужеродных элементов из внутренней среды человека является возможным только с помощью защитных механизмов крови. Полученные выводы были представлены в единой теории гуморального иммунитета.
По мнению автора в основе гуморального иммунитета лежит принцип уничтожения чужеродных элементов через жидкости внутренней среды (через кровь). Вещества, которые осуществляют процесс ликвидации вирусов и бактерий, подразделяют на две группы — специфические и неспецифические.
Неспецифические факторы иммунной системы представляют собой полученную по наследству устойчивость человеческого организма к заболеваниям. Неспецифические антитела универсальны и оказывают воздействие на все группы опасных микроорганизмов.
Специфические факторы иммунной системы (белковые элементы). Они создаются В — лимфоцитами, которые образуют антитела, распознающие и уничтожающие инородные частицы. Особенностью процесса является формирование иммунной памяти, которая препятствует вторжению вирусов и бактерий в будущем.
Получить более подробную информацию по данному вопросу можно по ссылке
Заслуга исследователя заключается в установлении факта передачи антител по наследству с молоком матери. В результате формируется пассивная иммунная система. Продолжительность ее действия составляет полгода. После иммунная система ребенка начинает самостоятельно функционировать и вырабатывать собственные клеточные элементы защиты.
Ознакомиться с факторами и механизмами действия гуморального иммунитета можно тут
Автор материала — Самолетова Даная Яковлевна, эндокринолог и терапевт, кандидат медицинских наук. Имеет более 10 лет опыта работы с пациентами. Узнайте здесь, как попасть к ней на прием (город Уфа, РФ) или получить консультацию через Интернет. Не принимайте сильнодействующие лекарства по своей инициативе. Это опасно! Не пытайтесь заменить лечение, назначенное врачом, приемом БАДов.
Как устроен иммунитет: Объясняем по пунктам
Наш организм непрерывно меняется, но при этом очень «любит» постоянство и может нормально работать только при определенных параметрах своей внутренней среды. Например, нормальная температура тела колеблется между 36 и 37 градусами по Цельсию. Вспомните последнюю простуду и то, как плохо вы себя чувствовали, стоило температуре подняться всего на полградуса. Такая же ситуация и с другими показателями: артериальным давлением, рН крови, уровнем кислорода и глюкозы в крови и другими. Постоянство значений этих параметров называется гомеостазом, а поддержкой его стабильного уровня занимаются практически все органы и системы организма: сердце и сосуды поддерживают постоянное артериальное давление, легкие — уровень кислорода в крови, печень — уровень глюкозы и так далее.
Иммунная же система отвечает за генетический гомеостаз. Она помогает поддерживать постоянство генетического состава организма. То есть ее задача — уничтожать не только все чужеродные организмы и продукты их жизнедеятельности, проникающие извне (бактерии, вирусы, грибки, токсины и прочее), но также и клетки собственного организма, если «что-то пошло не так» и, например, они превратились в злокачественную опухоль, то есть стали генетически чужеродными.
Как клетки иммунной системы уничтожают «врагов»?
Чтобы разобраться с этим, сначала нужно понять, как иммунная система устроена и какие бывают виды иммунитета.
Иммунитет бывает врожденным (он же неспецифический) и приобретенным (он же адаптивный, или специфический). Врожденный иммунитет одинаков у всех людей и идентичным образом реагирует на любых «врагов». Реакция начинается немедленно после проникновения микроба в организм и не формирует иммунологическую память. То есть, если такой же микроб проникнет в организм снова, система неспецифического иммунитета его «не узнает» и будет реагировать «как обычно». Неспецифический иммунитет очень важен — он первым сигнализирует об опасности и немедленно начинает давать отпор проникшим микробам.
Однако эти реакции не могут защитить организм от серьезных инфекций, поэтому после неспецифического иммунитета в дело вступает приобретенный иммунитет. Здесь уже реакция организма индивидуальна для каждого «врага», поэтому «арсенал» специфического иммунитета у разных людей различается и зависит от того, с какими инфекциями человек сталкивался в жизни и какие прививки делал.
Специфическому иммунитету нужно время, чтобы изучить проникшую в организм инфекцию, поэтому реакции при первом контакте с инфекцией развиваются медленнее, зато работают гораздо эффективнее. Но самое главное, что, один раз уничтожив микроба, иммунная система «запоминает» его и в следующий раз при столкновении с таким же реагирует гораздо быстрее, часто уничтожая его еще до появления первых симптомов заболевания. Именно так работают прививки: когда в организм вводят ослабленных или убитых микробов, которые уже не могут вызвать заболевание, у иммунной системы есть время изучить их и запомнить, сформировать иммунологическую память. Поэтому, когда человек после вакцинации сталкивается с реальной инфекцией, иммунная система уже полностью готова дать отпор, и заболевание не начинается вообще или протекает гораздо легче.
Кто отвечает за работу различных видов иммунитета?
- Костный мозг. Это центральный орган иммуногенеза. В костном мозге образуются все клетки, участвующие в иммунных реакциях.
- Тимус (вилочковая железа). В тимусе происходит дозревание некоторых иммунных клеток (Т-лимфоцитов) после того, как они образовались в костном мозге.
- Селезенка. В селезенке также дозревают иммунные клетки (B-лимфоциты), кроме того, в ней активно происходит процесс фагоцитоза — когда специальные клетки иммунной системы ловят и переваривают проникших в организм микробов, фрагменты собственных погибших клеток и так далее.
- Лимфатические узлы. По своему строению они напоминают губку, через которую постоянно фильтруется лимфа. В порах этой губки есть очень много иммунных клеток, которые также ловят и переваривают микробов, проникших в организм. Кроме того, в лимфатических узлах находятся клетки памяти — это специальные клетки иммунной системы, которые хранят информацию о микробах, уже проникавших в организм ранее.
Таким образом, органы иммунной системы обеспечивают образование, созревание и место для жизни иммунных клеток. В нашем организме есть много их видов, вот основные из них.
- Т-лимфоциты. Названы так, потому что после образования в костном мозге дозревают в вилочковой железе — тимусе. Разные подвиды Т-лимфоцитов отвечают за разные функции. Например, Т-киллеры могут убивать зараженные вирусами клетки, чтобы остановить развитие инфекции, Т-хелперы помогают иммунной системе распознавать конкретные виды микробов, а Т-супрессоры регулируют силу и продолжительность иммунной реакции.
- B-лимфоциты. Название их происходит от Bursa fabricii (сумка Фабрициуса) — особого органа у птиц, в котором впервые обнаружили эти клетки. В-лимфоциты умеют синтезировать антитела (иммуноглобулины). Это специальные белки, которые «прилипают» к микробам и вызывают их гибель. Также антитела могут нейтрализовывать некоторые токсины.
- Натуральные киллеры. Эти клетки находят и убивают раковые клетки и клетки, пораженные вирусами.
- Нейтрофилы и макрофаги умеют ловить и переваривать микробов — осуществлять фагоцитоз. Кроме того, макрофаги выполняют важнейшую роль в процессе презентации антигена, когда макрофаг знакомит другие клетки иммунной системы с кусочками переваренного микроба, что позволяет организму лучше бороться с инфекцией.
- Эозинофилы защищают наш организм от паразитов — обеспечивают антигельминтный иммунитет.
- Базофилы — выполняют главным образом сигнальную функцию, выделяя большое количество сигнальных веществ (цитокинов) и привлекая этим другие иммунные клетки в очаг воспаления.
Как клетки иммунной системы отличают «своих» от «чужих» и понимают, с кем нужно бороться?
В этом им помогает главный комплекс гистосовместимости первого типа (MHC-I). Это группа белков, которая располагается на поверхности каждой клетки нашего организма и уникальна для каждого человека. Это своего рода «паспорт» клетки, который позволяет иммунной системе понимать, что перед ней «свои». Если с клеткой организма происходит что-то нехорошее, например, она поражается вирусом или перерождается в опухолевую клетку, то конфигурация MHC-I меняется или же он исчезает вовсе. Натуральные киллеры и Т-киллеры умеют распознавать MHC-I рецептор, и как только они находят клетку с измененным или отсутствующим MHC-I, они ее убивают. Так работает клеточный иммунитет.
Но у нас есть еще один вид иммунитета — гуморальный. Основными защитниками в этом случае являются антитела — специальные белки, синтезируемые B-лимфоцитами, которые связываются с чужеродными объектами (антигенами), будь то бактерия, вирусная частица или токсин, и нейтрализуют их. Для каждого вида антигена наш организм умеет синтезировать специальные, подходящие именно для этого антигена антитела. Молекулу каждого антитела, также их называют иммуноглобулинами, можно условно разделить на две части: Fc-участок, который одинаков у всех иммуноглобулинов, и Fab-участок, который уникален для каждого вида антител. Именно с помощью Fab-участка антитело «прилипает» к антигену, поэтому строение этого участка молекулы зависит от строения антигена.
Как наша иммунная система понимает устройство антигена и подбирает подходящее для него антитело?
Рассмотрим этот процесс на примере развития бактериальной инфекции. Например, вы поцарапали палец. При повреждении кожи в рану чаще всего попадают бактерии. При повреждении любой ткани организма сразу же запускается воспалительная реакция. Поврежденные клетки выделяют большое количество разных веществ — цитокинов, к которым очень чувствительны нейтрофилы и макрофаги. Реагируя на цитокины, они проникают через стенки капилляров, «приплывают» к месту повреждения и начинают поглощать и переваривать попавших в рану бактерий — так запускается неспецифический иммунитет, но до синтеза антител дело пока еще не дошло.
Расправляясь с бактериями, макрофаги выводят на свою поверхность разные их кусочки, чтобы познакомить Т-хелперов и B-лимфоцитов со строением этих бактерий. Этот процесс называется презентацией антигена. Т-хелпер и B-лимфоцит изучают кусочки переваренной бактерии и подбирают соответствующую структуру антитела так, чтобы потом оно хорошо «прилипало» к таким же бактериям. Так запускается специфический гуморальный иммунитет. Это довольно длительный процесс, поэтому при первом контакте с инфекцией организму может понадобиться до двух недель, чтобы подобрать структуру и начать синтезировать нужные антитела.
После этого успешно справившийся с задачей B-лимфоцит превращается в плазматическую клетку и начинает в большом количестве синтезировать антитела. Они поступают в кровь, разносятся по всему организму и связываются со всеми проникшими бактериями, вызывая их гибель. Кроме того, бактерии с прилипшими антителами гораздо быстрее поглощаются макрофагами, что также способствует уничтожению инфекции.
Есть ли еще какие-то механизмы?
Специфический иммунитет не был бы столь эффективен, если бы каждый раз при встрече с инфекцией организм в течение двух недель синтезировал необходимое антитело. Но здесь нас выручает другой механизм: часть активированных Т-хелпером В-лимфоцитов превращается в так называемые клетки памяти. Эти клетки не синтезируют антитела, но несут в себе информацию о структуре проникшей в организм бактерии. Клетки памяти мигрируют в лимфатические узлы и могут сохраняться там десятилетиями. При повторной встрече с этим же видом бактерий благодаря клеткам памяти организм намного быстрее начинает синтезировать нужные антитела и иммунный ответ запускается раньше.
Таким образом, наша иммунная система имеет целый арсенал различных клеток, органов и механизмов, чтобы отличать клетки собственного организма от генетически чужеродных объектов, уничтожая последние и выполняя свою главную функцию — поддержание генетического гомеостаза.
Развитие иммунологии занимает исторический промежуток свыше 100 лет. За это время в иммунологии был выдвинут целый ряд теорий, которые дополняли друг друга и развивались.
Первая теория иммунитета — теория «боковых цепей» — была создана П. Эрлихом в 1885 г. и сейчас в основном имеет историческое значение, так как в ней автор фактически выразил идею селекционирующей роли антигена. Сущность теории заключается в том, что попавший в организм антиген вступает в прочную специфическую связь с боковыми цепями (рецепторами) протоплазмы, вследствие чего рецепторы нейтрализуются. Токсическое действие антигенов осуществляется путем аналогичного связывания с рецепторами. Нейтрализованные рецепторы заменяются другими, которые продуцируются в большом количестве. Образовавшиеся в избытке специфически связывающие антигены рецепторы отделяются от поверхности клеток, выполняя функции свободных антител в плазме крови. П. Эрлих различал рецепторы 1-го, 2-го и 3-го порядка.
Рецепторы 1-го порядка имеют простое строение. К ним относятся антитоксины. Гаптофорная группа рецепторов реагирует с гаптофорной группой молекулы токсина.
Рецепторы 2-го порядка представлены преципитинами, агглютининами, у которых наряду с гаптофорной группой имеется зимофорная, действующая подобно ферменту. С ее помощью происходит расщепление связанных антигенов.
К рецепторам 3-го порядка относятся гемолизины, бактериолизины и цитолизины, с помощью которых антиген связывается с комплементом (амборецептором).
Теория П. Эрлиха господствовала в учении об иммунитете на протяжении многих десятилетий, однако в значительной степени утратила значение в свете новых данных.
В 1926 г. Морганом была выдвинута теория «бусин на нити», в которой он сделал предположение о линейном расположении генов в хромосоме при синтезе белков и иммуноглобулинов в виде нити жемчуга.
В 1932 г. М. Гейдельбергом и Л. Полингом была выдвинута новая теория иммунитета, названная теорией «решетки», или теорией «одной фазы». В основе теории лежит концепция образования комплексов антиген — антитело в виде решетки. Необходимым условием образования решетки является наличие в молекуле антител более трех антигенных детерминант на каждую молекулу антигена и по два активных центра на каждую молекулу антител. Молекулы антигена являются углами решетки, а молекулы антител — связывающими звеньями. Соединение происходит за счет притяжения полярных групп антигенных детерминант и активного центра.
Кроме «теории решетки» существует «теория двух фаз», созданная Ж. Борде в 1956 г. Она предполагает обволакивание антигенов молекулами антител с образованием первичных комплексов антиген — антитело (первая фаза), после чего происходит снижение поверхностных зарядов комплекса (вторая фаза), что делает возможным их соединение при критическом потенциале (сила сцепления больше силы отталкивания).
В 1930 г. Ф. Брейнлем и Ф. Гауровицем была предложена «инструктивная» теория, которую еще называют теория «матриц», теория «шаблонов». Согласно этой теории каждая иммунокомпетентная клетка благодаря антигену получает инструкцию для структуры образуемой молекулы антител. Антиген, таким образом, является матрицей для синтеза антител. Это представление, известное также как теория матриц, основано на предположении, что любое антитело может быть синтезировано в каждой иммунокомпетентной клетке. Антигенные детерминанты служат матрицами для антидетерминант молекул антител. Эта точка зрения противоречит данным современной молекулярной биологии и в таком виде не может быть принята. Л. Поулинг в 1940 г. предполагал возможность влияния антигенов на конформацию полипептидной цепи молекулы антител. Модификации данной теории по Карушу (1961) и Ф. Гауровицу (1966) также не смогли удовлетворительно объяснить образование антител.
Стремление преодолеть эти возражения привело к созданию в 1949 г. (Ф. Бернет и Ф. Феннер) теории «непрямой матрицы». Они предположили, что все вещества организма, которые могут быть антигенами, несут особую молекулярную группировку, свойственную данному организму. По этой метке лимфоидные клетки отличают «свое» от «чужого». Поэтому теорию непрямой матрицы называют еще теорией «аутометки».
Новые возможности развития теории «матриц» появились в связи с открытием передачи информации с РНК на ДНК (Темин, Мизитани и Балтимор, 1970).
В 1946-1948 гг. Фишером и Рэйтсом была также выдвинута теория множественного действия. Она предполагает, что комплекс резус-факторов кодируется тремя отдельными генами, тесно связанными между собой.
В 1955 г. Н. Ерне возродил принцип П. Эрлиха о существовании в клетках способности синтезировать специфические структуры (антитела) до контакта с антигеном. Была создана теория естественного отбора. Поскольку инструктивная роль маловероятна, Н. Ерне предположил, что каждая клетка — продуцент гамма-глобулинов — спонтанно вырабатывает большой набор молекул, характеризующихся разной специфичностью. В этом наборе всегда есть молекула, комплементарная по своей специфичности тому антигену, который в данный момент попадает в организм. Потенциальные антитела всегда имеются в небольшом количестве. Действительно, в организме человека и животных всегда содержится некоторое количество нормальных антител. Антиген не обеспечивает никакого нового синтеза и не изменяет существующий. В крови или клетке он встречается с соответствующим ему естественным антителом и соединяется с ним. Возникший комплекс служит сигналом для синтеза большого количества данных иммуноглобулинов. Антиген выступает не в роли инструктора, а в роли селектора. Однако в данной теории есть противоречия, которые не объясняют многих вопросов иммунологии.
В настоящее время иммунологи мира пользуются клонально-селекционной теорией, разработанной Ф. Бернетом в 1964 г. Эта теория наиболее полно объясняет основные феномены иммунитета и имеет наименьшее количество возражений.
Теория селекции клонов исходит из четырех основных предположений:
- 1. Обширность популяции лимфоидных клеток в организме — до 1012. Родоначальником всех клеточных форм является ретикулярная клетка. Большинство клеток в лимфоидной ткани представляет собой переходные формы между ретикулярными клетками и их производными. Они объединяются под общим названием бласты.
- 2. Гетерогенность популяции лимфоидных клеток. Она объясняется мутационным процессом, идущим в соматических клетках, составляющих данную популяцию. Поскольку лимфоидная ткань характеризуется постоянно происходящим делением клеток, вся популяция состоит из большого числа клеточных клонов. Гетерогенность и клонированность распространяются и на клетки, способные продуцировать г-глобулины. При этом каждый клон содержит клетки — продуценты одного из возможных вариантов г-глобулина. Специфичность г-глобулина как антитела предопределена генотипом данного клона. В результате мутационного процесса в столь большой популяции накапливаются многочисленные варианты специфичностей, так что они заведомо перекрывают все возможные варианты антигенных детерминант.
Клон — это популяция организмов, происходящая от одного предшественника путем размножения, исключающая обмен генетическим материалом. По данным Ф. Бернета, в организме человека и животных находятся клоны против 10 000 антигенов. Тогда следует допустить, что в лимфоидной популяции должно быть по крайней мере 10000 клонов с преадаптированной способностью вырабатывать соответствующий тому или иному антигену глобулин — антитело.
- 3. Малое количество антигена стимулирует клетку преадаптированного клона к размножению и дифференцировку в сторону клеток — продуцентов антител. Данный клон активно пролиферирует, в течение нескольких дней накапливается большое число продуцентов антител и антитела появляются в крови.
- 4. Большое количество антигена убивает преадаптированные иммунокомпетентные клетки, элиминирует соответствующий клон. Эта предпосылка является основой для распознавания «своего». В процессе эмбрионального развития, когда появляется большое количество вариантов иммунокомпетентных клеток — родоначальниц будущих клонов, возникают и клетки, способные реагировать против собственных антигенов данного организма. Однако, контактируя с избытком антигенов собственного тела, они погибают. Этим также обусловлена и иммунологическая толерантность.