Понятие о системном иммунитете
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.
Иммунитет (от лат. 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.
Система иммунитета неустанно следит, чтобы в организм не пробрался чужак, причем делает это на генетическом уровне.
Антигены — общее название чужеродных для организма агентов и веществ.
По отношению к антигену система иммунитета действует из принципа «найти и уничтожить».
В жизни нас окружает бесчисленное множество не видимых простым глазом микроорганизмов, многие из которых очень опасны для организма.
Поражают масштабы их воспроизводства. Одна бактерия в течение 1 часа порождает 8 себе подобных особей, через 2 часа их образуется уже 64, через 24 часа — 4 772 триллиона. При размножении в течение 1 года получилась бы масса бактерий, равная массе Солнца.
Но в природе все находится в равновесии, и бесконтрольного увеличения числа микробов не происходит. 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.
Иммунная система (ИС) — это система органов и клеток, осуществляющая функцию распознавания и уничтожения чужеродных для организма веществ.
ИС защищает человека от бактерий, вирусов, паразитов. Вы знаете, что некоторыми инфекциями, переболев 1 раз (ветрянка, корь, краснуха), и можно уже не бояться встречи с возбудителями этих заболеваний.
Образуется стойкий пожизненный иммунитет. Это означает, что клетки памяти занесли врага в свои списки, и ИС не позволит повторно развиться заболеванию при попадании возбудителя в организм.
ИС борется за отторжение пересаженных органов и тканей потому, что они чужие. Она распознает и уничтожает раковые клетки.
Откуда же ИС знает, что свое, а что чужеродное?
- Эти знания ИС получает по наследству.
- На ранних этапах внутриутробного развития, когда начинает функционировать собственная ИС плода, ее клетки знакомятся с тканями и запоминают их на всю жизнь как свои. Все остальное — чужеродное и подлежит уничтожению.
Так происходит в идеале. Но существуют 2 грубые ошибки иммунитета.
1. Заключается в снижении бдительности. ИС не распознает и вовремя не уничтожает чужеродные субстанции, например, бактерии. Они попадая в организм, вызывают заболевания, с которыми трудно справиться, даже при помощи антибактериальных препаратов. Это состояние — иммунодефицит.
2. Необоснованное повышение бдительности: ИС слишком бурно реагирует на контакт с чужеродной субстанцией и в результате наносит вред своему собственному организму. Именно это является основой развития атопических заболеваний.
Процесс созревания иммунной системы
Процесс созревания иммунной системы (ИС) ребенка характеризуется наличием критических периодов (КП). Знание КП становления ИС делает понятным скачкообразный характер заболеваемости в различные периоды детства.
Первый КП — период новорожденности (до 29 дня жизни). ИС находится в состоянии физиологической депрессии, носит пассивный характер (за счет материнских антител) с неразвитой системой фагоцитоза (клеточного захвата и уничтожение микробной флоры). У ребенка имеется склонность к генерализации микробно-воспалительного процесса, сепсису.
Второй КП (3-6 мес) — ослабление пассивного гуморального иммунитета в связи с уменьшением материнских антител. На антигены развивается активный первичный иммунный ответ с образованием IgM, не оставляющих иммунологической памяти. Проявляется недостаточность системы местного иммунитета, что выражается в повторных ОРВИ. Проявляются наследственные иммунодефициты, пищевая аллергия.
Третий КП — 2-й год жизни, расширяются контакты с внешним миром. ИС уже полноценно функционирует, активируется функция лимфоцитов, есть достаточное количество IgG, формируется собственный долговременный иммунитет. Но по прежнему сохраняется дефицит местного иммунитета , что приводит к частым ОРВИ.
Первые 3 КП характеризуются низко сопротивляемостью по отношению к инфекциям. Острые тонзиллиты у детей 2-лет жизни на 80% связаны с вирусами, а из бактерий преобладает стафилококк. Аденоидиты и тонзиллиты носят рецидивирующий характер, что приводит к гиперплазии (разрастанию) миндалин (это к вопросу: откуда берутся часто болеющие дети).
Четвертый КП — 4-6 годы жизни. Синтез антител, кроме IgA, достигает величин взрослых, повышается уровень IgE. Система местного иммунитета еще до конца не сформирована. Начинают проявляться наследственные дефекты ИС.
Пятый КП — подростковый возраст. Половые гормоны, синтезируемые в этот период, угнетают иммунитет. Развиваются аутоиммунные и лимфопролиферативные заболевания, повышается восприимчивость к микробам. Нарастает воздействие экзогенных факторов (курение).
Как работает иммунная система⠀
ИС включает центральные органы —костный мозг и вилочковую железу (тимус) (причем хоть это и железа, но идти на прием к эндокринологу, чтобы выяснить как она работает не надо, это проблема, который занимается врач аллерголог-иммунолог) —и периферические — селезенку, лимфатические узлы, лимфатические фолликулы ЖКТ.
Эти органы вырабатывают несколько типов клеток, которые и осуществляют надзор за постоянством клеточного и антигенного состава организма. В центральных органах происходит созревание лимфоцитов.
Иммунная защита организма осуществляется двумя способами — специфическими клеточными механизмами и гуморальными. ⠀
Клеточный иммунный ответ обеспечивают Т-лимфоциты. Т-лимфоциты участвуют в иммунных реакциях по двум направлениям, с одной стороны, помогают В-лимфоцитам опознать чужеродный фактор (антиген) и стимулировать их к выработке сложных молекул антител, а с другой стороны, Т-лимфоциты после антигенной активации способны сами растворять или уничтожать антигены напрямую.
Гуморальный иммунный ответ осуществляется через кровь, лимфу, межклеточную жидкость. Основными факторами гуморального иммунного ответа являются специфические белки — антитела, которые синтезируются В-лимфоцитами. Антитела (они же иммуноглобулины) взаимодействуют с определенными антигенами и связывают их. ⠀
Действия иммуноглобулинов: ⠀
- IgG — обеспечивает защиту от вирусов и бактериальных инфекций (поздние антитела); ⠀
- IgM — защищает от бактерий брюшного тифа, вирусов (ранние антитела); ⠀
- IgA, IgD — активизирует местный иммунитет; ⠀
- IgE — участвует в аллергических реакциях и противогельминтном иммунитете (если повышен общий IgE и нет никаких проявлений аллергии, то это чаще всего глистная инвазия). ⠀
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.