Теории иммунитета и их положения
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.
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.
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.
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.