Развитие иммунитета в развитии общества
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.
Понятие об иммунитете, его значение для человека и общества.
Начало развития иммунологии относится к концу ⅩⅤⅢ века и связано с именем Э.Дженнера, впервые применившего на основании лишь практических наблюдений впоследствии обоснованный теоретический метод вакцинации против натуральной оспы.
Открытый Э.Дженнером факт лег в основу дальнейших экспериментов Луи Пастера, завершившихся формулировкой принципа профилактики инфекционных заболеваний – принцип иммунизации ослабленными или убитыми возбудителями.
Развитие иммунологии долгое время проходило в рамках микробиологической науки и касалось лишь изучения невосприимчивости организма к инфекционным агентам. На этом пути были достигнуты большие успехи в раскрытии этиологии ряда инфек-ционных заболеваний. Практическим достижением явилась разработка методов диагностики, профилактики и лечения ин-фекционных заболеваний в основном путем создания различ-ного рода вакцин и сывороток. Многочисленные попытки вы-яснения механизмов, обусловливаюших устойчивость орга-низма против возбудителя, увенчались созданием двух тео-рий иммунитета — фагоцитарной, сформулированной в 1887 году И.И. Мечниковым, и гуморальной, выдвинутой в 1901 году П. Эрлихом.
Начало ХХ века — время возникновения другой ветви имму-нологической науки: иммунологии неинфекционной. Как от-правной точкой для развития инфекционной иммунологии явились наблюдения Э. Дженнера, так же как для неинфекци-онной — обнаружение Ж. Борде и Н. Чистовичем факта выра-ботки антител в организме животного.
Вторая половина ХХ века ознаменовалась бурным развитием иммунологии. Именно в эти годы была создана селекционно-клональная теория иммунитета, вскрыты закономерности функционирования различных звеньев лимфоидной системы как единой и целостной системы иммунитета. Одним из важнейших достижений последних лет явилось открытие двух независимых эффекторных механизмов в специфическом иммунном ответе. Один из них связан с так называемыми В-лимфоцитами, осуществляющими гуморальный ответ (синтез иммуноглобулинов), другой — с системой Т-лимфоцитов (тимусзависимых клёток), следствием деятельности которых является клеточный ответ (накопление сенсибилизированных лимфоцитов). Особенно важным является получение доказательств существования взаимодействия этих двух видов лимфоцитов в иммунном ответе.
Результаты исследований позволяют утверждать, что иммунологическая система — важное звено в сложном механизме адаптации человеческого организма, а его действие в первую очередь направлено на сохранение антигенного гомеостаза, нарушение которого может быть обусловлено проникновением в организм чужеродных антигенов (инфекция, трансплантация) или спонтанной мутации.
Различают специфическую защиту, или иммунитет, и неспецифическую резистентность организма Последняя в отличие от иммунитета направлена на уничтожение любого чужеродного агента. Чужеродные для данного организма соединения, способные вызывать иммунный ответ, получили название – «антигены» (АГ). В результате действия АГ в организме образуются антитела (АТ).
Иммунитет — невосприимчивость. Способ защиты организма от генетически чужеродных веществ — антигенов экзогенного и эндогенного происхождения — с целью сохранения и поддержания гомеостаза.
Иммуннология подразделяется на общую и частную и включает ряд направлений и дисциплин.
Общая иммунология изучает иммунологические процессы на молекулярном, клеточном и органном уровнях и разрабатывает фундаментальные вопросы иммунологии.
Частная иммунология занимается выполнением конкретных задач применительно к тем или иным медицинским проблемам, в числе которых:
иммунопрофилактика разрабатывает средства и методы диагностики, профилактики и лечения инфекционных болезней, иммуноонкология решает эти задачи применительно к злокачественным новообразованиям;
трансплантационная иммунология ищет пути преодоления иммунологической несовместимости при пересадке органов и тканей;
аллергология, иммунопатология изучают разрабатывают меры профилактики и лечения аллергии;
иммунология репродукции исследует иммунологические взаимоотношения между плодом и матерью на всех этапах беременности и развития плода;
экологическая иммунология изучает влияние на иммунную систему различных факторов социального, экологического, профессионального и медицинского характера с целью разработки профилактических и лечебных мероприятий для оздоровления отдельных групп населения.
Современная иммунология является биологической наукой, изучающей физиологию и патологию иммунной системы. Ее основу у человека и животных составляют тимус и костный мозг, лимфатические узлы, селезенка и лимфатические скопления в слизистых оболочках и внутренних органах. Обеспечивают иммунитет разнообразные популяции иммуноцитов, или иммунокомпетентные клетки.
Различают три основных типа иммунокомпетентных клеток: А-клетки, В-лимфоциты и Т-лимфоциты. А-клетки — это моноциты крови, другие макрофаги (гистиоциты) и отростчатые клетки лимфатических узлов, селезенки и кожи. В-клетки и морфологически сходные с ними Т-клетки — малые лимфоциты, созревающие в бурсе (сумке) Фабриция (вырост клоаки птиц) и в тимусе (вилочковая железа).
Важной особенностью иммунокомпетентных клеток является их способность распознавать и элиминировать (разрушать, обезвреживать) генетически чужеродные вещества, которые могут вызвать нарушение гомеостаза в организме человека и животных.
Обеспечивается иммунитет клеточными и гуморальными факторам крови, лимфы и межтканевой жидкости. Это было установлено в конце ⅩⅠⅩ века И.И. Мечниковым, доказавшим, что иммунитет к патогенным микробам обусловливается фагоцитозом, и Эрлихом, который полагал, что защиту организма определяют антитела и другие антимикробные компоненты крови.
Иммунная система человека.
Иммунная система людей обеспечивает специфическую защиту организма от генетически чужеродных молекул и клеток, в том числе от всевозможных инфекционных агентов — бактерий, вирусов, грибов и простейших.
К органам иммунитета относятся: тимус (вилочковая железа), фабрициева бурса у птиц и костный мозгу млекопитающих, селезенка диффузно рассеянная инкапсулированная лимфоидная ткань. Функциональной основой всей иммунной системы является сложный комплекс лимфоцитов и макрофагов, располагающихся в клеточной соединительной ткани.
Центральными называются те органы, в которых происходит формирование и созревание иммунокомпетентных клеток, а периферическими — органы, где эти клетки затем размножаются и функционируют.
Центральные органы иммунной системы — костный мозг и вилочковая железа, или тимус. Это органы воспроизведения клеток иммунной системы — «рождения», размножения, дифференцировки и «обучения» иммунокомпетентных клеток.
Костный мозг содержит полипотентные стволовые клетки, которые являются родоначальницами всех форменных элементов крови и иммунокомпетентных клеток. В стволе костного мозга происходят дифференцировка и размножение популяции В-лимфоцитов, которые разносятся по всему организму кровотоком. Здесь же образуются предшественники лимфоцитов, которые впоследствии мигрируют в тимус и образуют популяцию Т-лимфоцитов. Фагоциты и их предшественники образуются в костном мозге.
Вилочковая железа располагается в верхней части загрудинного пространства. В тимусе находится большое количество эпителиальных клеток-тимоцитов, которые своими отростками образуют мелкоячеистую сеть, где располагаются лимфоциты.
Предшественники Т – лимфоцитов, образовавшиеся из стволовой клетки в костном мозге, поступают в тимус, активно размножаются и дифференцируются в зрелые Т – лимфоциты, способные распознавать чужеродные антигенные детерминанты. Зрелые формы Т – лимфоцитов мигрируют с кровотоком из тимуса в другие органы и ткани, заполняют Т – зоны лимфоузлов.
Периферические органы иммунной системы – селезенка, аппендикс, миндалины глоточного кольца, групповые лимфатические фолликулы, лимфатические узлы, кровь, лимфа. В этих органах локализуются иммунокомпетентные клетки, прошедшие «обучение» в центральных органах иммунной системы, которые непосредственно осуществляют иммунный надзор. Они обеспечивают местный иммунитет слизистой оболочки кишки и ее просвета; местный иммунитет в носоглотке, ротовой полости и верхних дыхательных путях.
Лимфатические узлы выполняют функцию биологического сита: через них фильтруется лимфа, задерживаются и концентрируются антигены.
Селезенка — орган, через который фильтруется кровь. В селезенке задерживаются антигены, оказавшиеся в кровотоке, и «состарившиеся» эритроциты. Здесь происходит антигенная я иммунокомпетентных клеток, развитие специфической реакции на антиген и обезвреживание последнего.
Неспецифические факторы защиты
2. Неспецифические факторы защиты
Противоинфекционную защиту осуществляют:
1) кожа и слизистые оболочки;
2) лимфатические узлы;
3) лизоцим и другие ферменты полости рта и ЖКТ;
4) нормальная микрофлора;
5) воспаление;
6) фагоцитирующие клетки;
7) естественные киллеры;
8) система комплемента;
9) интерфероны.
Неповрежденная кожа и слизистые оболочки являются барьером, препятствующим проникновению микроорганизмов внутрь организма. В результате слущивания эпидермиса удаляются многие транзиторные микроорганизмы. Бактерицидными свойствами обладает секрет потовых и сальных желез. При наличии травм, ожогов кожа формирует входные ворота для инфекции.
Секреты, выделяемые слизистыми оболочками, слюнными и пищеварительными железами, слезы смывают микроорганизмы с поверхности слизистых, оказывают бактерицидное действие.
Лизоцим – белок, содержащийся в тканевых жидкостях, плазме, сыворотке крови, лейкоцитах, материнском молоке и др. Он вызывает лизис бактерий, неактивен в отношении вирусов.
Представители нормальной микрофлоры могут выступать в качестве антагонистов патогенных микроорганизмов, препятствуя их внедрению и размножению.
Воспаление – защитная функция организма. Оно ограничивает очаг инфекции на месте входных ворот. Ведущим звеном в развитии воспаления является фагоцитоз.
Завершенный фагоцитоз – защитная функция организма.
Различают следующие стадии фагоцитоза:
1) аттракцию;
2) адгезию;
3) эндоцитоз;
4) киллинг;
5) элиминацию.
Если отсутствуют последние две стадии, то это незавершенный фагоцитоз. При этом процесс теряет защитную функцию, бактерии внутри макрофагов разносятся по организму.
Естественные киллеры – популяция клеток, обладающая естественной цитотоксичностью по отношению к клеткам-мишеням. Морфологически представляют собой большие гранулосодержащие лимфоциты. Являются клетками с эффекторной противоопухолевой, противовирусной и противопаразитарной активностью.
Комплемент – это система неспецифических белков сыворотки крови, состоящая из девяти фракций. Активация одной фракции активирует последующую фракцию. Обладает бактерицидным действием, так как имеет сродство с поверхностными структурами бактериальной клетки и совместно с лизоцимом может вызывать цитолиз.
Интерфероны – белки, обладающие противовирусным, противоопухолевым, иммуномодулирующим действием. Интерферон действует посредством регуляции синтеза нуклеиновых кислот и белков, активируя синтез ферментов и ингибиторов, блокирующих трансляцию вирусных и РНК. Как правило, он не спасает клетку, уже пораженную вирусом, но предохраняет соседние клетки от вирусной инфекции.