Реакции и механизмы иммунитета

Иммунитет — (лат. immunitas — освобождение) — защита организма от генетически чужеродных организмов и веществ, к которым относятся микроорганизмы, вирусы, черви, различные белки, клетки, в том числе и собственные изменённые клетки организма.

Иммунология — наука, изучающая иммунитет.

Иммунный ответ — это реакция организма на внедрение чужеродных агентов.

Антиген — любое чужеродное вещество или организм.

Антитело — вещество организма, распознающее антигены.

Антитела (иммуноглобулины) — особый класс гликопротеинов, присутствующих на поверхности B-лимфоцитов в виде рецепторов (рис. 1). Реагируя на присутствие антигена, они отделяются от мембраны В-лимфоцита и присутствуют в сыворотке крови и тканевой жидкости в виде растворимых молекул (антител). Антитела способны избирательно связываться с конкретными видами чужеродных молекул, которые в связи с этим называют антигенами.

Реакции и механизмы иммунитета

Рис. 1. В-лимфоцит с мембрансвязанными рецепторами

Антитела используются иммунной системой для идентификации и нейтрализации чужеродных объектов — например, бактерий и вирусов.

Антигены, как правило, являются белками или полисахаридами и представляют собой части бактериальных клеток, вирусов и других микроорганизмов.

К антигенам немикробного происхождения относятся белки пыльцы растений, яичный белок и белки трансплантатов тканей и органов, а также поверхностные белки клеток крови при переливании крови.

Аллергены — это антигены, вызывающие аллергические реакции.

История изучения иммунитета

Фундамент иммунологии был заложен изобретением микроскопа, благодаря чему удалось обнаружить первую группу микроорганизмов — болезнетворные бактерии.

В конце XVIII в. английский сельский врач Эдвард Дженнер сообщил о первой удачной попытке предотвратить заболевание посредством иммунизации. Его подход вырос из наблюдений за одним интересным явлением: доярки часто заражались коровьей оспой и впоследствии не болели натуральной оспой. Дженнер ввёл маленькому мальчику гной, взятый из пустулы (нарыва) коровьей оспы, и убедился в том, что мальчик оказался иммунным к натуральной оспе.

Работа Дженнера дала начало изучению теории микробного происхождения заболеваний в XIX в. Пастером во Франции и Кохом в Германии. Они отыскали антибактериальные факторы в крови животных, иммунизированных микробными клетками.

Луи Пастер успешно выращивал различные микробы в лабораторных условиях. Как часто бывает в науке, открытие было сделано случайно при культивировании возбудителей холеры кур. Во время работы одна из чашек с микробами была забыта на лабораторном столе. Было лето. Микробы в чашке несколько раз нагревались под солнечными лучами, высохли и потеряли способность вызывать заболевание. Однако куры, получившие эти неполноценные клетки, оказались защищёнными против свежей культуры холерных бактерий. Ослабленные бактерии не только не вызывали заболевание, а, напротив, давали иммунитет.

В 1881 г. Луи Пастер разработал принципы создания вакцин из ослабленных микроорганизмов с целью предупреждения развития инфекционных заболеваний.

В 1908 г. Илья Ильич Мечников и Пауль Эрлих были удостоены Нобелевской премии за работы по теории иммунитета.

И. И. Мечников создал клеточную (фагоцитарную) теорию иммунитета, согласно которой решающая роль в антибактериальном иммунитете принадлежит фагоцитозу.

Сначала И. И. Мечников как зоолог экспериментально изучал морских беспозвоночных фауны Чёрного моря в Одессе и обратил внимание на то, что определённые клетки (целомоциты) этих животных поглощают все инородные частицы (в т. ч. бактерии), проникающие во внутреннюю среду. Затем он увидел аналогию между этим явлением и поглощением белыми клетками крови позвоночных животных микробных телец. И. И. Мечников осознал, что это явление не питание данной единичной клетки, а защитный процесс в интересах целого организма. Учёный назвал действующие таким образом защитные клетки фагоцитами — «пожирающими клетками». И. И. Мечников первым рассматривал воспаление как защитное, а не разрушительное явление.

Против теории И. И. Мечникова в начале XX в. выступали большинство патологов, так как они считали лейкоциты (гной) болезнетворными клетками, а фагоциты — разносчиками инфекции по организму. Однако работы И. И. Мечникова поддержал Луи Пастер. Он пригласил И. И. Мечникова работать в свой институт в Париже.

Пауль Эрлих открыл антитела и создал гуморальную теорию иммунитета, установив, что антитела передаются ребёнку с грудным молоком, создавая пассивный иммунитет. Эрлих разработал метод изготовления дифтерийного антитоксина, благодаря чему были спасены миллионы детских жизней.

Теория иммунитета Эрлиха говорит о том, что на поверхности клеток есть специальные рецепторы, распознающие чужеродные вещества (антигенспецифические рецепторы). Сталкиваясь с чужеродными частицами (антигенами), эти рецепторы отсоединяются от клеток и в качестве свободных молекул выходят в кровь. В своей статье П. Эрлих назвал противомикробные вещества крови термином «антитело», так как бактерий в то время называли «микроскопические тельца».

П. Эрлих предполагал, что ещё до контакта с конкретным микробом в организме уже есть антитела в виде, который он назвал «боковыми цепями». Теперь известно, что он имел в виду рецепторы лимфоцитов для антигенов.

В 1908 г. Паулю Эрлиху вручили Нобелевскую премию за гуморальную теорию иммунитета.

Чуть раньше Карл Ландштейнер впервые доказал наличие иммунологических различий индивидуумов в пределах одного вида.

Питер Медавар доказал удивительную точность распознавания иммунными клетками чужеродных белков: они способны отличить чужеродную клетку всего по одному изменённому нуклеотиду.

Френк Бёрнет постулировал положение (аксиома Бёрнета), что центральным биологическим механизмом иммунитета является распознавание своего и чужого.

В 1960 г. Нобелевскую премию по физиологии и медицине получили Питер Медавар и Френк Бёрнет за открытие иммунологической толерантности (лат. tolerantia — терпение) — это распознавание и специфическая терпимость к некоторым антигенам.

Уничтожение генетически изменённых клеток

Одна из функций иммунной системы — это уничтожение генетически изменённых (мутантных) клеток организма. В процессе клеточного деления постоянно происходят ошибки, и одна из миллиона образовавшихся клеток становится мутантной, т. е. генетически чужеродной. В организме человека благодаря мутациям в каждый конкретный момент должно быть более 10 миллионов мутантных клеток. Мутации приводят к изменению функций клетки. Большинство мутантных клеток не способны выполнять свои функции, а многие выходят из-под контроля организма (например, при нарушении апоптоза) и становятся раковыми клетками. Появление таких клеток может привести к возникновению серьёзных заболеваний и гибели организма.

Один из механизмов иммунитета, осуществляемый лимфоцитами (НК-лимфоцитами), направлен на уничтожение именно раковых клеток.

Виды иммунитета

Иммунитет можно разделить на клеточный и гуморальный (рис. 2)

Рис. 2. Клеточный и гуморальный иммунитет

Все разнообразные формы иммунного ответа можно разделить на два типа: врождённый иммунитет и приобретённый иммунитет (рис. 3).

Рис. 3. Классификация иммунитета

Приобретённый иммунитет — это специфический индивидуальный иммунитет, т. е. это иммунитет, который имеется конкретно у определённых индивидуумов и к определённым возбудителям или агентам.

Главными характеристиками приобретённого иммунитета являются специфичность и иммунологическая память. Чем чаще организм встречается с патогеном, тем быстрее и активнее вырабатываются антитела, следовательно — сильнее защита.

Врождённый иммунитет с самого рождения (ещё до первой встречи с антигеном) защищает организм против всего чужеродного, т. е. он не специфичен.

Таким образом, повторная встреча с тем или иным патогенным микроорганизмом не приводит к изменениям врождённого иммунитета, но повышает уровень приобретённого.

Врождённый иммунитет активируется при первом появлении патогена быстрее, но распознаёт патоген с меньшей точностью. Он реагирует не на конкретные специфические антигены, а на определённые классы антигенов, характерные для патогенных организмов (белки вирусного капсида, продукты метаболизма глистов и т. п.).

Врождённый иммунитет может быть наследственным (видовым) и индивидуальным.

Наследственный (видовой) иммунитет — это невосприимчивость всех представителей данного вида к определённому антигену, приобретённая в процессе эволюции:

болезни, которыми болеет человек, но не болеют животные и птицы (корь, натуральная оспа, проказа, вирусный гепатит, холера, гонорея, дизентерия, брюшной тиф и др.);
болезни, которыми болеют животные, но не болеет человек (чума крупного рогатого скота, пироплазмоз собак);
болезни, которыми болеют птицы, но не болеет человек (куриная холера);
болезни, которыми болеют животные и человек, но не болеют птицы (сибирская язва, бешенство и др.).

Индивидуальный врождённый иммунитет определяется теми особенностями, которые передаются организму с родительскими генами и в процессе эмбрионального развития.

В процессе эмбрионального развития через плаценту плоду передаются антитела матери, которые противостоят инфекциям. Передача антител от мамы к ребёнку происходит в основном в последнем триместре беременности.

Иммунитет подразделяется на естественный и искусственный.

Естественный иммунитет возникает самостоятельно в процессе жизни организма.

Естественный иммунитет делится на активный (после перенесённых заболеваний) и пассивный (например, с молоком матери).

До 6 месяцев малыша защищают антитела, передающиеся от матери с грудным молоком. Поэтому важным является исключительно грудное вскармливание. Иммунитет матери защищает ребёнка. Дети, которые находятся на искусственном вскармливании, слабо защищены, т. к. собственных антител у них мало. Только к 6 месяцам организм самостоятельно начинает вырабатывать антитела. Собственный иммунитет ребёнка формируется только к концу первого года жизни.

Искусственный иммунитет организм приобретает в результате применения медицинских препаратов (вакцин и сывороток).

Вакцина — медицинский препарат, содержащий ослабленные или убитые микроорганизмы.

Вакцина вводится абсолютно (!) здоровому человеку для предотвращения заболевания в будущем.

Сыворотка — медицинский препарат плазмы крови без фибриногена, содержащий готовые антитела к определённому патогену (заражающему микроорганизму). Сыворотку получают из крови заражённого данным заболеванием животного (коровы, лошади и т. п.).

Сыворотка с чужими антителами вводится заболевшему человеку в случае, когда организм не способен произвести достаточное количество антител.

Источник

Естествознание, 11 класс

Урок 37. «Защитные механизмы организма человека»

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

— Какой смысл вкладывают в понятия «иммунитет», «антиген», «антитела», «лечебная сыворотка», «вакцина»?

— Каковы механизмы действия врожденного и приобретенного иммунитета?

— Каковы причинно-следственные связи между нарушением работы иммунной системы и проявлением аллергических реакций?

— В чем значение вакцинации для сохранения здоровья человека?

— Каковы отличия вакцины и лечебной сыворотки?

Глоссарий по теме:

Антигены – это чужеродные для живого организма агенты и вещества, например, возбудители различных заболеваний, продукты их жизнедеятельности, ядовитые вещества, переродившиеся клетки организма.

Антитела – это белковые соединения плазмы крови, которые препятствуют размножению микроорганизмов и нейтрализуют токсические вещества – продукты их жизнедеятельности.

Вакцинация (прививка) — это введение в организм антигенного материала для формирования иммунитета к болезни, который либо предотвратит процесс заражения или ослабит его последствия – например, вызовет протекание болезни в более легкой форме.

Иммунитет – это защита живого организма от внутренних и внешних биологически активных агентов (антигенов), направленная на регулирование постоянства внутренней среды организма – состояния гомеостаза.

Иммунология – наука о механизмах защитных реакций организма, в совокупности составляющих иммунитет.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Естествознание. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017. : с 147-156.

2. Федюкович Н.И. Анатомия и физиология человека. – 2-е изд. – Ростов-на-Дону «Феникс» 2003 г.

Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);

Информационный портал для медицинских работников. Раздел: «Иммунная система» URL: https://www.rlsnet.ru/books_book_id_2_page_38.htm

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Организм человека постоянно подвергается негативным внешним воздействиям, среди которых особую роль играет воздействие различных микроорганизмов – бактерий, вирусов, грибков, простейших, которые стремятся использовать организм человека, как местообитание или как источник пищи. Проникая в организм человека, патогенные (болезнетворные) микроорганизмы, которые могут вызывать получили в практике общее название «биологические агенты» могут вызвать инфекционный процесс. Инфекционный процесс запускается при попадании патогенного микроорганизма в организм человека в достаточных количествах либо в случае быстрого размножения уже живущего в организме условно патогенного микроорганизма.

Основным механизмом защиты против патогенных микроорганизмов является процесс иммунной регуляции.

Иммунная регуляция – это с одной стороны, часть гуморальной, так как большинство ее процессов происходит через жидкие среды организма (что характерно для гуморальной регуляции), в то же время иммунная регуляция носит строго прицельный характер. Процесс иммунной регуляции изучает наука иммунология.

Иммунология – это наука о механизмах защитных реакций организма, в совокупности составляющих иммунитет. Иммунитет (от латинского immunitas – избавление, освобождение) – это защита живого организма от внутренних и внешних биологически активных агентов (называемых антигенами), направленная на регулирование постоянства внутренней среды организма – состояния гомеостаза.

Антигены – это чужеродные для живого организма агенты и вещества, например, возбудители различных заболеваний, продукты их жизнедеятельности, ядовитые вещества, переродившиеся клетки организма.

Еще в Греции и Древнем Египте за больными чумой, оспой и другими инфекционными заболеваниями, ухаживали люди, ранее переболевшие такой болезнью: опыт людей того времени показывал, что они, как правило, не подвержены заражению. Однако началом развития иммунологии считают 1880 год, в котором Луи Пастер установил, что прививка (внедрение в организм) курицы ослабленного или погибшего возбудителя куриной холеры защищала птиц от этого заболевания. Его опыты дали название общему явлению невосприимчивости живых организмов, в том числе и человека к возбудителю – явлению иммунитета.

Значительный вклад в изучение иммунитета внес русский ученый лауреат Нобелевской премии (1908 года) И.И. Мечников, который показал, что в организме человека существуют механизмы нейтрализации патогенных микроорганизмов. Это происходит в ходе таких процессов, как фагоцитоз (в случае поглощения твердых тел) и пиноцитоз (в случае поглощения жидких тел). В общем виде в ходе этих процессов клетки приближается к субстрату, изгибается вокруг него и охватывает оболочкой в пузырек, где, при взаимодействии с лизосомами – особыми органеллами, содержащими ферменты, происходит расщепление и «переваривание» субстрата. Именно таким образом происходит закрытие мелких ран и царапин на коже человека или животного. Клетки крови лейкоциты (белые кровяные тельца, фагоциты), поглощают проникающие через рану бактерии, фагоцитируют («пожирают») их, и погибая в процессе фагоцитоза образуют мертвый защитный слой, называемый гноем, предохраняющий от дальнейшего проникновения в рану бактерий. Позднее П. Эрлих доказал значительную роль молекул антител в организме человека и животных в ходе формировании защитных реакций.

Иммунная система в организме человека включает костный мозг и вилочковую железу (центральные органы иммунной системы), а также селезенку, лимфоидную ткань, лимфатические узлы (периферические органы иммунной системы). Перечисленные органы вырабатывают различные типы клеток, которые участвуют в защитных реакция организма.

Клетки иммунной системы – это лимфоциты (В- и Т-лимфоциты) и фагоциты. Эти клетки циркулируют по лимфатической и кровеносной системе, проникая в ткани. Все клетки имеют конкретные функции в создании защитных реакций и действуют в сложном взаимодействии. Это взаимодействие клеток иммунной системы обеспечивается выработкой цитокинов – особых биологически активных веществ. К цитокинам относятся интерфероны, интерлейкины и т.д.

Защитные реакции организма подразделяют на реакции врождённого и приобретённого иммунитета. Защитные (иммунные) реакции врождённого иммунитета детерминированы генетически, они формируются еще в процессе эмбрионального развития. Иммунные реакции приобретённого иммунитета зависят от созревания различных клеток, которые вовлечены в такие реакции – лимфоцитов. Защитные реакции врождённого иммунитета однообразны по механизму протекания в случае всех бактерий, вирусов и других микроорганизмов. Такие реакции не приводят к формированию иммунологической памяти. В свою очередь, реакции приобретённого иммунитета устанавливаются и действуют против определенного возбудителя и формируют иммунологическую память.

Как правило, основную часть иммунной защиты организма осуществляет врождённый иммунитет. Врождённый иммунитет не имеет собственных органов – типичный пример врождённого иммунитета это реакции фагоцитоза. Приобретённый иммунитет формируют органы лимфоидной (иммунной) системы. В центральных органах иммунной системы осуществляется размножение новых клеток иммунной системы, а в периферических органах осуществляется развитие иммунного ответа.

Иммунный ответ развивается после проникновения антигена в организм. Реакции приобретенного иммунитета происходят при помощи клеток Т- и В-лимфоцитов – особых клеток иммунной системы. Эти клетки уничтожают те живые клетки организма, в которые проник вирус, и вырабатывают особые антитела – вещества, противодействующие размножению антигенов. Антитела – это белковые соединения плазмы крови, которые препятствуют размножению микроорганизмов и нейтрализуют токсические вещества – продукты их жизнедеятельности.

Иммунный ответ завершается после уничтожения всех инфицированных клеток, но в организме остаются молекулы различных антител, направленные против антигенов, а также отдельные Т- и В-лимфоциты иммунологической памяти, обеспечивающие ускоренный иммунный ответ при повторном проникновении той же бактерии или вируса в организм. Например, переболев раз ветряной оспой или краснухой, человек, как правило, не заболевает этими заболеваниями повторно.

Это обеспечивается невосприимчивостью организма к повторному инфицированию – иммунологической памятью. Подобная невосприимчивость формируются и после введения в организм ослабленного (либо инактивированного – погибшего) микроорганизма. На механизме иммунологической памяти основано действие вакцинации.

Вакцинация (прививка) — это введение в организм антигенного материала для формирования иммунитета к болезни, который либо предотвратит процесс заражения или ослабит его последствия – например, вызовет протекание болезни в более легкой форме. Вакцинация может быть проведена в двух формах – при введении вакцины (ослабленного либо инактивированного возбудителя, против которого организм выработает антитела), и при введении сыворотки (готовых антител против возбудителя).

В ряде случаев предварительная вакцинация – прививка невозможна, если организм уже инфицирован патогенным микроорганизмом. В этом случае в организм вводят сыворотки – выделенные, подготовленные и очищенные антитела, полученные от бактерий или животных, направленные против конкретного возбудителя заболевания или опасного вещества (например, яда змеи). Готовые антитела позволяют сократить время на выработку собственных антител организма, и ускорить тем самым, иммунный ответ, что способствуют уничтожению и выведению болезнетворных микроорганизмов из организма.

С формированием иммунного ответа и иммунологической памяти связано развитие аллергий и иных, более тяжелых аутоиммунных заболеваний. Аллергия – это повышенная чувствительность иммунной системы организма к неопасным веществам и формирует на них иммунный ответ. Аллергия – это легкое нарушение работы иммунной системы. Аутоиммунные заболевания представляют собой более тяжелые расстройства иммунной системы, при которых собственные клетки организма человека воспринимаются иммунной системой, как чужеродные и атакуются иммунной системой.

Выводы:

Основным механизмом защиты против патогенных микроорганизмов является процесс иммунной регуляции.

Врождённый иммунитет не имеет собственных органов – типичный пример врождённого иммунитета это реакции фагоцитоза. Приобретенный иммунитет формируют органы лимфоидной (иммунной) системы. В центральных органах иммунной системы осуществляется размножение новых клеток иммунной системы, а в периферических органах осуществляется развитие иммунного ответа.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. Выберите правильный ответ:

Введение в организм антигенного материала для формирования иммунитета к болезни, который либо предотвратит процесс заражения или ослабит его последствия – например, вызовет протекание болезни в более легкой форме, называют:

1) Адаптация;

2) Гуморальная регуляция;

3) Гомеостаз;

4) Вакцинация.

Правильный ответ: 4) Вакцинация.

2. Вставьте пропущенное слово, выбирая его из выпадающего списка: «___________ – это белковые соединения плазмы крови, которые препятствуют размножению микроорганизмов и нейтрализуют токсические вещества – продукты их жизнедеятельности».

1) Антитела;

2) Антигены;

3) Прививка.

Правильный ответ: 1) Антитела.

Источник