Неспецифические факторы иммунитета микробиология
Они защищают организм человека от всех заболеваний и обусловлены врожденными свойствами организма, которые способствуют уничтожению самых различных микроорганизмов на поверхности тела и его полостях. К неспецифическим факторам иммунитета относят:
1. Тканевые (клеточные) факторы. Среди тканевых факторов важную роль выполняют:
a) Иммунологические барьеры, к которым относят защитные свойства кожи, слизистых и лимфоузлов. Кожа и слизистые являются механическим барьером, секрет потовых, сальных желез и секрет слизистых угнетают многие виды патогенных микроорганизмов. Лимфоузлы препятствуют распространению микроорганизмов в макроорганизме, являясь мощным естественным барьером
b) Видовая реактивность клеток – отсутствие рецепторов на поверхности клеток делает невозможным адсорбцию и проникновение инфекционного агента или яда в клетку
c) Фагоцитоз – процесс активного поглощения клетками макроорганизма попавших в него чужеродных веществ (в т.ч. микроорганизмов) с последующим их перевариваем с помощью внутриклеточных ферментов. Стадии фагоцитоза: 1) приближение фагоцита к объекту – положительный хемотаксис; 2) прилипание микроорганизма к фагоцитам — адгезия; 3) поглощение (инвагинация) микроорганизмов фагоцитами и образование фагосомы; 4) образование фаголизосомы, переваривание и гибель микроорганизма – киллинг -инактивация. Различают завершенный фагоцитоз – заканчивается полным разрушением и гибелью микроорганизма — и незавершенный – микроорганизмы внутри фагоцита не только не гибнут, но даже размножаются. Фагоцитарной активностью обладают микрофаги – это нейтрофилы, эозинофилы, базофилы – гранулярные лейкоциты, макрофаги – моноциты крови, гистиоциты, эндотелиальные и ретикулярные клетки внутренних органов и костного мозга.
d) Нормальные киллеры (клетки убийцы) – это цитотоксические лимфоциты, разрушающие клетки-мишени, инфицированные вирусами, и онкогенные клетки под действием лимфотоксинов.
2. Гуморальные факторы неспецифической защиты. Многочисленны, вырабатываются Т-лимфоцитами и макрофагами. К ним относят:
a) Комплемент – неспецифическая ферментная система крови, состоящая из 9 различных протеиновых фракций, адсорбирующихся в процессе каскадного присоединения на комплексе антиген + антитело и оказывающих лизирующее действие на связанные антителами клеточные антигены
b) Лизоцим – белок, содержащийся в слюне, крови, слезной и тканевой жидкости, активен в отношении грамположительных бактерий, т.к. нарушает синтез муреина в клеточной стенке.
c) β-лизины – освобождаются из лейкоцитов и более активны по отношению к грамотрицательным бактериям
d) лейкины – протеолитические ферменты, освобождающиеся при разрушении лейкоцитов и нарушающие целостность поверхностных белков микробных клеток
e) интерферон – α и β, продуцируются соответственно мононуклеарными фагоцитами и фибробластами и обладают противовирусной активностью
f) пропердин – комплекс белков, обладающих противовирусной, антибактериальной активностью в присутствии солей магния, вызывая лизис микроорганизмов и усиливая фагоцитарную реакцию и воспалительный процесс
g) эритрин – обладает ингибирующим действием на коринебактерии дифтерии и высвобождается при разрушении эритроцитов
h) нормальные антитела – обнаруживаются в крови новорожденных в очень низких титрах, обладают цитофильным действием, уровень их возрастает под действием микроорганизма как пускового сигнала. Образование нормальных антител генетически запрограммировано, они экспрессируются на поверхностных мембранах незрелых В-лимфоцитов в виде рецепторов
3. Факторы саморегуляции: проявляются повышением температуры тела, изменение рН и rН2 пораженных тканей, усилением выделительных функций организма, выведение микроорганизмов и их токсинов с мочой, испражнениями, мокротой и другими экскретами.
Приобретенный постинфекционный иммунитет обусловлен гуморальными и тканевыми факторами высокой специфичности – иммуноглобулинами и иммунокомпетентными клетками. Его образование индуцируется антигенами.
Антигены – (в дословном переводе термин «антиген» означает «анти» – против, «генос» – порождающий) – генетически чужеродные для организма вещества, на введение которых организм отвечает развитием специфических иммунологических реакций (образованием антител).
Свойства антигенов:
1. Иммуногенность – способность антигенов вызывать выработку антител
2. Способность взаимодействовать с антителами
3. Специфичность – определяется эпитопом (детерминантной группой) антигена – небольшой участок антигена, с помощью которого происходит его соединение со строго определенным антителом.
Виды антигенов:
1. Иммуногены – высокомолекулярные соединения, индуцирующие антителообразование и взаимодействующие с иммуноглобулинами
2. Неполноценные антигены (гаптены) — не способные вызывать выработку антител, но способные реагировать с готовыми антителами. Гаптены при соединении с белками организма человека способны превращаться в иммуногены. Антигенная структура микроорганизмов очень разнообразна. Различают: 1) соматические О-антигены, 2) оболочечные, капсульные К-антигены, 3) жгутиковые Н-антигены, 4) протективные (защитные) антигены — появляются у микроорганизмов только при попадании в организм человека, 5) рибосомальные, 6) Vi-антигены – антигены вирулентности. Условия, при которых вещества превращаются в антигены: чужеродность, макромалекулярность, коллоидное состояние, растворимость. Отдельно взятые виды микроорганизмов содержат видо- и типоспецифические антигены, но могут содержать и групповые, общие с родственными или отдаленными видами. Групповая общность антигенной структуры у различных видов клеток называется антигенной мимикрией, при которой иммунная система человека утрачивает способность быстро распознавать чужую метку и вырабатывать иммунитет (этим объясняется персистенция, устойчивое микробоносительство и поствакцинальное осложнение).
Антитела – это иммуноглобулины сыворотки крови, образующиеся в ответ на введение антигена и способные реагировать с ними.
Строение иммуноглобулинов:
По внешнему виду иммуноглобулин напоминает букву игрек и состоит из 4 полипептидных цепей, соединенных друг с другом дисульфидной связью: две длинные, тяжелые Н-цепи, напоминающие по форме клюшку и две короткие, легкие L-цепи. Структура верхних участков Н и L цепей сильно варьирует и называется V-участками или Fab-фрагментами – представляющими собой антигенсвязывающий центр или паратоп. Нижний конец Н-цепей обозначается C-областью или Fс-фрагментом, с помощью которых иммуноглобулины адсорбируются на рецепторах иммунокомпетентных клеток (комплементсвязывающий фрагмент).
По характеру действия антител на микроорганизмы различают антитоксины, лизины, агглютинины, преципитины, гемолизины, цитотоксины, бактериоцины, гемагглютинины.
Различают 5 основных классов иммуноглобулинов:
1. Ig G – мономеры, высоко специфичные, составляют 75% всех иммуноглобулинов человека, наиболее активны в развитии иммунитета человека, единственные из иммуноглобулинов проникают через плаценту, обеспечивают пассивный иммунитет плода, остаются долго после перенесенного заболевания
2. Ig М – состоят из 5 мономеров, образуют большие решетки (агглютинины, преципитины, комплементсвязывающие антитела), вырабатываются при первичной встрече с антигеном, поэтому появляются первыми после заражения, образуются первыми у ребенка на 5 месяце жизни, низкоспецифичны, не имеют диагностического значения, указывают на первичность и свежесть процессов, после перенесенного заболевания и при хроническом течении их нет
3. Ig А – обладают способностью проникать в секреты слизистых (молозиво, слюна, содержимое бронхов и др.), обеспечивают защиту слизистых оболочек дыхательного и пищеварительного трактов от действия микроорганизмов
4. Ig Е – мономеры с заблокированным Fab-концом, являются аллергическими, кожносенсебилизирующими веществами. Fс-конец присоединен к шоковым клеткам (базофилы, тучные клетки, эндотелий сосудов, эпителий кожи и слизистых), которые выбрасывают медиаторы воспаления, вызывая спазм сосудов, бронхов, отечность слизистых. С наличием этих иммуноглобулинов связана ГНТ и полинозы (анафилактический шок, бронхиальная астма, отеки, мигрени)
5. Ig D – плохо изучены, один Fab-конец у них заблокирован и встречаются они при коллагенозах (ревматизм, красная волчанка)
Образование антител как иммунная реакция на антигены происходит в лимфоидной ткани периферических органов иммунитета, главным образом, в лимфатических узлах и белой пульпе селезенки. Продуцентами антител являются плазмоциты. В динамике образования антител различают 2 фазы:
1) индуктивную (латентную) – отрезок времени между введением антигена и появлением первых плазмоцитов или следов иммуноглобулинов. В этой фазе антигены фагоцитируются макрофагами, накапливаются в них, подвергаются обработке и презентуются (представляются) макрофагами для распознавания Т-хелперам. Под действием Т-хелперов В-лимфоциты превращаются в плазмоциты, которые в дальнейшем и осуществляют синтез антител;
2) продуктивную (репродуктивную) – в эту стадию происходит интенсивный синтез антител.
Реакции иммунитета – это реакции, в основе которых лежит взаимодействие антигена с антителами. К ним относят: реакцию агглютинации, преципитации, РСК, РИФ, ИФА, РТГА, РНГА и др. Применяют реакции иммунитета для диагностики инфекционных заболеваний в двух направлениях:
1. Серодиагностика – определение неизвестных антител в сыворотке больного с помощью известных антигенов – диагностикумов, представляющих собой взвесь убитых микроорганизмов и выпускаемых микробиологической промышленностью.
2. Идентификация выделенной от больного чистой культуры микроорганизма – определение неизвестного антигена чистой культуры микроорганизмов, выделенной от больного, с помощью известных антител иммунной сыворотки, выпускаемой микробиологической промышленностью.
Вопросы для самоконтроля
1. Дайте определение понятия «инфекционный процесс»
2. Как называется клиническое проявление инфекционного процесса, сопровождающееся рядом характерных клинических симптомов?
3. Что понимают под термином «инфекция»?
4. Дайте определение понятия «патогенность»
5. Как называется степень или мера болезнетворности штамма внутри патогенного вида?
6. Перечислите факторы вирулентности
7. Какие виды токсинов, вырабатываемых микроорганизмами, вы знаете?
8. Какие признаки характерны для экзотоксинов?
9. Перечислите свойства, характерные для эндотоксинов
10. Какие микроорганизмы называют условно-патогенными?
11. Как называются инфекции, вызываемые УПБ?
12. Дайте определение понятия «иммунитет»
13. Как классифицируют иммунитет по происхождению?
14. Как называется иммунитет, развивающийся после перенесённого инфекционного заболевания?
15. К какой группе относят иммунитет новорожденных, формирующийся за счёт получения готовых антител от организма матери?
16. Какой вид иммунитета развивается после введения в организм вакцин и анатоксинов?
17. Какой вид иммунитета возникает при введении в макроорганизм готовых антител, полученных от другого иммунного организма?
18. Как классифицируют иммунитет по направленности действия?
19. Как классифицируют иммунитет по механизму действия?
20. Какие факторы иммунитета относят к неспецифическим факторам защиты?
21. Перечислите тканевые (клеточные) факторы неспецифической защиты
22. Чем обеспечиваются защитные свойства кожи, слизистых оболочек и лимфоузлов?
23. Дайте определение понятия «фагоцитоз»
24. Перечислите стадии фагоцитоза
25. Какие виды фагоцитоза вы знаете?
26. Перечислите клетки организма человека, обладающие фагоцитарной активностью
27. Как называются цитотоксические лимфоциты, разрушающие клетки-мишени, инфицированные вирусами, и онкогенные клетки под действием лимфотоксинов?
28. Перечислите гуморальные факторы неспецифической защиты
29. Какие реакции организма человека относят к факторам саморегуляции?
30. Дайте определение понятия «антигены»
31. Какие свойства антигенов вы знаете?
32. Чем отличаются полноценные антигены (иммуногены) от неполноценных антигенов (гаптенов)?
33. Какие антигены могут встречаться у микроорганизмов?
34. Дайте определение понятия «антитела»
35. Каково строение иммуноглобулинов?
36. Какие классы иммуноглобулинов вы знаете?
37. Какие фазы различают в динамике образования антител?
38. Как называются реакции, в основе которых лежит взаимодействие антигена с антителами?
39. Какие реакции относят к реакциям иммунитета?
40. Каково практическое применение реакции иммунитета?
Тест – да- , -нет — на тему
«Инфекция и иммунитет».
1. Инфекция – это эволюционно сложившиеся формы взаимоотношений между болезнетворными микробами и окружающей средой.
2. Различные формы проявления инфекции обусловливаются биологическими и социальными факторами окружающей среды.
3. Группу микробов, вызывающих инфекционные болезни, называют инфекционными.
4. Патогенность как видовой признак подвержена изменчивости.
5. Вирулентность – показатель болезнетворной активности.
6. Инвазивность – это способность микроорганизмов к внедрению и размножению.
7. Агрессивность – это способность выживать, размножаться и поражать.
8. Резистентность – это устойчивость организма, которое обусловливается неспецифическими факторами антиинфекционной защиты.
9. Восприимчивость – это способность организма реагировать на внедрение патогенных микробов.
10. Восприимчивость бывает двух видов: общая и индивидуальная.
11. Инфекционные болезни отличаются от соматических: заразительностью, способностью размножаться передачей специфического механизма, специфичностью локализации возбудителя в определённых органах и тканях, невосприимчивостью.
12. Инфекционные заболевания протекают циклически.
13. Инкубационный период начинается с момента заболевания.
14. Все инфекционные болезни по механизму передачи делятся на кишечные, дыхательных путей, кровяные, инфекции кожных покровов и слизистых оболочек.
15. В переводе с греческого слово «иммунитет» означает невосприимчивость.
16. Современная иммунология является биологической наукой изучающей физиологию и патологию больного организма.
17. Различают четыре типа иммунокомпетентных клеток.
18. Невосприимчивость – это явление гомеостатического порядка.
19. Выделяют три вида иммунитета: естественный, антивирусный, приобретенный.
20. Видовая ареактивность клеток к патогенным микробам и токсинам обусловлена генотипом.
Ответы.
1. Нет.
2. Да.
3. Нет.
4. Да.
5. Да.
6. Нет.
7. Да.
8. Да.
9. Да.
10. Нет.
11. Нет.
12. Да.
13. Да.
14. Да.
15. Нет.
16. Нет.
17. Нет.
18. Да.
19. Нет.
20. Да.
Первоначально иммунология возникла как наука о невосприимчивости (иммунитете) к инфекционным болезням. Наиболее существенный вклад в ее создание внесли И.И.Мечников (фагоцитарная или клеточная теория иммунитета) и П.Эрлих (гуморальная теория), в творческой дискуссии между которыми совершенствовались представления об иммунитете.
В настоящее время считается, что наследственный (врожденный, видовой) и приобретенный иммунитет зависит от согласованной деятельности пяти основных систем : макрофагов, комплемента, интерферонов, Т- и В- лимфоцитов, главной системы гистосовместимости (МНС- в английском варианте), обеспечивающих различные формы иммунного ответа.
В современном понимании иммунология- это не только наука, изучающая защиту от инфекционных заболеваний. Иммунология- наука, изучающая механизмы самозащиты организма от всего генетически чужеродного, поддержания структурной и функциональной целостности организма (гомеостаза организма). Подробнее — см. лекцию 1.
Центральным биологическим механизмом иммунитета является механизм распознавания “своего” и “чужого”. Пример- необходимость защиты от собственных мутантных и раковых клеток (одномоментно в организме находится около 10 млн. измененных клеток).
Иммунитет— целостная система биологических механизмов самозащиты организма, с помощью которых он распознает и уничтожает все чужеродное (генетически отличающееся).
Выделяют две основные формы иммунитета— видовой (врожденный) и приобретенный. Приобретенный иммунитет может быть естественный (результат встречи с возбудителем) и искусственный (иммунизация), активный (вырабатываемый) и пассивный (получаемый), стерильный (без наличия возбудителя) и нестерильный (существующий в присутствии возбудителя в организме), гуморальный и клеточный, системный и местный, по направленности- антибактериальный, антивирусный, антитоксический, противоопухолевый, антитрансплантационный.
В основе видового иммунитета лежат различные механизмы естественной неспецифической резистентности. Среди них- кожные покровы и слизистые оболочки, нормальная микрофлора организма, фагоцитоз, воспаление, лихорадка, система комплемента, барьерные механизмы лимфоузлов, противомикробные вещества, выделительные системы организма, главная система гистосовместимости.
Кожа и слизистые— первая линия защиты против возбудителей. Кроме функции механического (анатомического) барьера кожа обладает бактерицидной активностью. Слизь, лизоцим, желудочный сок, слезная жидкость, слюна, деятельность мерцательного эпителия способствует защите слизистых оболочек.
Нормальная микрофлора организма препятствует колонизации организма посторонней микрофлорой (конкуренция за субстраты, различные формы антагонизма, в т.ч. выделение антибиотических веществ, изменение рН и др.).
Фагоцитоз и система комплемента— вторая линия защиты организма против микроорганизмов, преодолевших поверхностные барьеры. Клеточные факторы системы видовой резистентности- фагоциты, поглощающие и разрушающие патогенные микроорганизмы и другой генетически чужеродный материал. Представлены полиморфоядерными лейкоцитами или гранулоцитами— нейтрофилами, эозинофилами и базофилами (клетками миелопоэтического ряда), а также моноцитами и тканевыми макрофагами (клетками макрофагально- моноцитарной системы).
Значение фагоцитирующих клеток для защиты организма впервые доказал И.И.Мечников, разработавший фагоцитарную теорию иммунитета.
Стадии фагоцитоза.
Процесс фагоцитоза (поглощения твердофазного объекта) состоит из пяти стадий.
1.Активация (усиление энергетического метаболизма). Факторами активации и хемотаксиса являются бактериальные продукды (ЛПС, пептиды), компоненты комплемента (С3 и С5), цитокины и антитела.
2.Хемотаксис.
3.Адгезия.
4.Поглощение.
5.Исход фагоцитоза.
Адгезия связана с наличием ряда рецепторов на поверхности фагоцитов ( к Fc- фрагментам антител, компонентам комплемента, фибронектину), обеспечивающих прочность рецептор- опосредованных взаимодействий опсонинов, обволакивающих микроорганизмы и ограничивающих их подвижность (антитела, С3в, фибронектин).
Фагоциты обладают амебоподобными псевдоподиями. При поглощении образуется фагосома с поглощенным объектом (бактерией), к ней присоединяется и сливается содержащая литические ферменты лизосома, образуется фаголизосома.
Возможно три исхода фагоцитоза:
— завершенный фагоцитоз;
— незавершенный фагоцитоз;
— процессинг антигенов.
Завершенный фагоцитоз- полное переваривание микроорганизмов в клетке- фагоците.
Незавершенный фагоцитоз- выживание и даже размножение микроорганизмов в фагоците. Это характерно для факультативных и особенно — облигатных внутриклеточных паразитов. Механизмы персистирования в фагоцитах связаны с блокадой фагосомо- лизосомального слияния (вирус гриппа, микобактерии, токсоплазмы), резистентностью к действию лизосомальных ферментов (гонококки, стафилококки), способностью микробов быстро покидать фагосомы после поглощения и длительно пребывать в цитоплазме (риккетсии).
В процессе фагоцитоза происходит “окислительный взрыв” с образованием активных форм кислорода, что обеспечивает бактерицидный эффект.
К одной из важнейших функций макрофагов (наряду с хемотаксисом, фагоцитозом, секрецией биологически активных веществ) является переработка (процессинг) антигена и представление его иммунокомпетентным клеткам с участием белков главной системы гистосовместимости (МНС) класса 2.
Фагоцитоз- не только уничтожение чужеродного, но и представление антигена для запуска иммунных реакций и секреции медиаторов иммунных и воспалительных реакций. Система макрофагов- центральное звено не только естественной резистентности (видового иммунитета), но и играет важную роль в приобретенном иммунитете, кооперации клеток в иммунном ответе.
Воспаление как защитная реакция организма на различные повреждения тканей возникло на более высокой ступени эволюции, чем фагоцитоз и характерно для высокоорганизованных организмов, обладающих кровеносной и нервной системами.
Инфекционное воспаление сопровождается различными сосудистыми и клеточными (включая фагоцитоз) реакциями, а также запуском целого ряда медиаторов воспалительных реакций (гистамина, серотонина, кининов, белков острой фазы воспалеия, лейкотриенов и простагландинов, цитокинов, системы комплемента).
Многие бактериальные продукты активируют клетки макрофагально- моноцитарной системы и лимфоциты, отвечающие на них выделением биологически активных продуктов- цитокинов, в частности интерлейкинов. Их можно характеризовать как медиаторы клеточных иммунных реакций. В воспалительных реакциях основную роль имеет интерлейкин-1 (ИЛ-1), стимулирующий лихорадку, повышающий проницаемость сосудов и адгезивные свойства эндотелия, активирующий фагоциты.
Лихорадка. Повышение температуры тела- защитная реакция организма, ухудшающая условия для размножения многих микроорганизмов, активирует макрофаги, ускоряет кровоток и усиливает обменные процессы в организме.
Барьерные функции лимфоузлов. По выражению П.Ф.Здродовского (1969) лимфоузлы- своеобразный биологический фильтр для возбудителей, переносимых с лимфой. Здесь проникшие через кожу или слизистые и занесенные током лимфы микроорганизмы задерживаются и подвергаются действию макрофагов и активированных лимфоцитов.
Система комплемента— комплекс белков и гликопротеидов сыворотки крови человека и позвоночных животных (их более 20). Отдельные компоненты опосредуют процессы воспаления, опсонизацию чужеродных фрагментов для последующего фагоцитоза, участвуют наряду с макрофагами в непосредственном уничтожении микроорганизмов и других чужеродных клеток (лизис бактерий и вирусов). В условиях физиологической нормы компоненты системы комплемента находятся в неактивной форме. Известны три пути активации системы комплемента- классический, альтернативный и с использованием С1- шунта.
Классический путь- каскад протеазных реакций с компонента С1q до С9, реализуется при наличии антител к соответствующему антигену. С комплексом “антиген- антитела” взаимодействует компонент С1q, затем С4, следом- С2. Образуется комплекс “антиген- антитела-С1С4С2”, с ним соединяется С3 (центральный компонент системы) и запускается цепь активации с эффекторными функциями (опсонизация и лизис бактерий, активация системы макрофагов, воспаление).
Альтернативный путь реализуется при первичном контакте с возбудителем (когда еще нет антител). Он индуцируется ЛПС и другими микробными антигенами. С1, С4, С2 не участвуют, альтернативный и классический пути смыкаются на уровне С3.