Временный и постоянный иммунитет
Тематическое оглавление (Учебно-методическое)
предыдущее по теме………………………………… следующее по теме
предыдущее по другим темам…………… следующее по другим темам
В оглавление проекта «Эпидемиология для чайников и технарей»: https://uborshizzza.livejournal.com/592917.html
Открытие, что причиной многих болезней являются микробы – полдела. Вторую половину завершило открытие иммунитета, то есть того, как организм борется с микробами.
Началось все с натуралиста Ильи Мечникова, который, отдыхая по русскому обычаю на островах в Средиземном море, развлекался тем, что колол личинок морских звезд иголками. Личинки эти прозрачны, как стекло, и при помощи микроскопа натуралист видел, как отломавшийся кусок шипа акации окружали появившиеся клеточки, которые его сжирали. Эти клетки Мечников назвал фагоцитами, а свой опыт распространил в общую закономерность, что у всех достаточно сложно организованных многоклеточных организмов есть такая система борьбы с «нежелательными вторжениями», в том числе и с микробами. Исследования он продолжил в своей одесской квартире, в которой создал настоящую бактериологическую лабораторию, а, накопив необходимый материал, поехал с лекциями по России и Европе, в том числе выбил себе стажировку у Пастера.
И Илья Мечников, и его теории стали крайне популярны. Сам Мечников был этаким очаровательным ученым русским – большим, бородатым, близоруким, гениальным и крайне рассеянным.
Международная известность Мечникова не осталось незамеченной и в России, хотя отношения с властями у него были сложные — он и сам фрондировал, демонстративно уходя с профессорских должностей в университете, и брат его в Италии работал революционером – и в 1886 году он возглавил созданную в Одессе (или под Одессой – по памяти не помню, а ссылку пока найти не удалось) бактериологическую станцию, где производились открытые Пастером вакцины. Однако заниматься этим нудным и требующим крайне кропотливой работы делом ему было в лом. В 1887 году, получив от своих подчиненных телеграмму «тысячные стада овец, привитые нашей сибироязвенной вакциной, пали» (цитирую по памяти) он с семьей бежал от греха подальше в Париж, где у Пастера стал завлабом. Проверка Одесской бакстанции показала, что в колбах с бульоном вместо вакцинного штамма сибирской язвы плавала сложная смесь из самых разнообразных микробов.
Мечников и далее продолжал общественно-полезную деятельность, генерируя и пропагандируя разнообразные идеи. Широко известна его книга «Этюды оптимизма». В том смысле, что многие о ней слышали, но почти никто не читал. А книга любопытнейшая. Думаю, сейчас Мечников был бы топ-блоггером. Способность высасывать из пальца дикие идеи и делать их широчайшие обобщения была у него гипертрофирована.
Далее он в основном занимался изучением процесса старения, и пропагандировал идею, что основой этого процесса является «действие гнилостных бактерий, обитающих в кишках». До широкой пропаганды удаления лишних кусков кишечника дело не дошло, хотя такие идеи тоже высказывались. Вместо этого он занялся пропагандой микробиологического вытеснения «гнилостных бактерий» болгарской молочной палочкой, которую стал поглощать в огромных количествах. Утверждал, что открытая им система питания позволит всем жить долго и до самой смерти сохранять прекрасное самочувствие. Умер в возрасте 71 года
под всеобщий хохот современников.
Параллельно с клеточной теорией иммунитета (клетки заглатывают микробы и иные ненужные объекты) Эрлихом развивалась гуморальная теория иммунитета, по которой кровь содержит химические вещества, убивающие микробов. Сторонники клеточный и гуморальной теории, как водится, жестко дискутировали и проводили кучу экспериментов, доказывающих, что теория оппонентов неверна.
Как оказалось, правы были обе стороны, и закончилось все соломоновым решением нобелевского комитета, давшего Мечникову и Эрлиху одну премию на двоих.
Эти открытия позволили более осознанно разрабатывать вакцины, а также использовать кроме них еще и сыворотки.
Вакцина – препарат, вызывающий после введение в организм болезнь в легкой форме или его подобие. Если грубо (не углубляясь в генно-инженерные штучки), то вакцины делятся на две группы: живые и убитые.
Живая вакцина содержит вакцинный штамм возбудителя, который после введение вызывает заболевание в легкой форме. Создания таких вакцин основано на высокой мутагенности микробов: их много, они быстро делятся (раз в час, а не годы, как при выведении собак), и из-за отсутствия необходимости в половом размножении даже единичный мутант может стать родоначальником штамма.
Один из стандартных вариантов «выведения» ослабленного варианта, или аттенуации – содержание в других условиях. Так, «боевой» штамм должен уметь противодействовать иммунной системе человека, что он делает в том числе путем выработки разнообразнейших ядов-токсинов. Токсины круты! Например, прикидывали, что одного стакана токсина ботулизма хватит, чтобы вытравить все человечество. Если же возбудителя долго держать в питательном бульончике, то отбираться будут те вариант, которые в этой среде особенно хорошо себя чувствуют, а способность вырабатывать токсины как ненужная и обременительная постепенно отмирает. Вариантов получения и потери патогенности масса, включая такую экзотику, как плазмиды, но не хотелось бы тут сильно утомлять читателя.
При отборе вакцинного штамма основная проблема – до какой степени погасить патогенность, чтобы, с одной стороны, вызванное после введения вакцина вызвала достаточно выраженную реакцию, а с другой – чтобы тяжесть реакции на вакцину не была сопоставима с тяжестью самого заболевания (иначе нафиг она нужна?).
Убитая вакцина содержит фрагменты микробов или вирусов, такие, чтобы организм их опознал. Хотя после введения убитой вакцины увеличения количеств микробов или вирусов не происходит, реакция организма достаточно похожа на реакцию при инфекционном процессе. И температура может повысится, и прочее.
Обычно убитая вакцина вызывает менее выраженные реакции и легче переносится, но и формирует более слабый иммунитет, но это – не 100%-но.
И тяжесть реакции на прививку, и вероятность того, что она не сформирует иммунитет, зависит от адекватности поведения в до и послепрививочный период. Как это делать, я писал в : https://community.livejournal.com/ru_doktora/110223.html
Вторая группа препаратов – это сыворотки, то есть препараты, содержащие эти самые химические вещества, обеспечивающие гуморальный иммунитет. Лучше всего, конечно, сыворотки из крови переболевших людей, а чаще всего используются сыворотки из крови лошадей и коров.
Иммунитет – очень сложное и многогранное понятие. Оно включает в себя, например, распознавание и уничтожение раковых клеток, а также еще несколько десятков других функций. Здесь я буду говорить только об иммунитете против инфекционных и паразитарных болезней и очень сильно огрублять предмет. Те, кто хотят углубиться в тему, могут задать вопросы tanchik или в ru_doktora .
Итак, иммунитет делится на:
— Клеточный и гуморальный.
Гуморальный состоит из кучи разных иммуноглобулинов, в том числе одни вырабатываются в острую фазу заболевания, другие – потом. По их соотношению можно определить, свежая инфекция или нет.
— Естественный и искусственный.
Естественный иммунитет имеется изначально или приобретается в результате заболевания, искусственный создается вакцинами и сыворотками.
— Активный и пассивный.
Активный иммунитет образуется самим организмом, пассивный обеспечивается наличием соединений «чужого происхождения». Пассивный искусственный иммунитет – действие сывороток, пассивный естественный образуется при грудном вскармливании.
— специфический и неспецифический.
Реакция неспецифического иммунитета – уничтожать все чужое. Специфический иммунитет – уничтожение уже знакомого врага. В том случае, если для уничтожения микроорганизмов хватает неспецифического иммунитета, иммунитета (то есть специфического иммунитета) не вырабатывается. Неспецифический иммунный ответ значительно «слабее».
— местный и общий.
И фагоциты, и гуморальный иммунитет – механизмы, формирующиеся в организме в целом за счет действия его иммунной системы. Но клетки организма сами по себе тоже стараются уничтожить попавшие в них микробы и вирусы (или не допустить проникновение внутрь клетки). Обеспечиваемый таким образом иммунитет называется местным.
— Напряженный и ненапряженный.
Напряженный иммунитет обеспечивает (в разумных пределах) гарантию против повторного заболевания. Ненапряженный иммунитет снижает вероятность заболевания или его тяжесть. Например, прививка БЦЖ против туберкулеза обеспечивает ненапряженный иммунитет.
— Постоянный и временный.
С течением времени при отсутствии «подкрепления» в виде повторных инфицирований или прививок сила специфического иммунного ответа уменьшается. Причин этого снижения две. Во-первых, сам организм «подзабывает» о давно не встречавшемся враге. Во-вторых, происходит антигенный дрейф, то есть вследствие мутагенеза свойства циркулирующего возбудителя постепенно меняются, и он все хуже опознается.
Вакцины обеспечивают менее выраженный и менее длительный иммунитет, чем при реальном перенесенном заболевании. Кроме того, меньшая выраженность иммунитета приводит к тому, что грудное молоко содержит меньше иммуноглобулинов и уже не гарантирует грудного младенца от заболевания.
— Видо, типо и штаммоспецифичный.
Как я уже говорил, в микромире четкого деления на виды нет. Поэтому разными стрептококками можно болеть хоть всю жизнь с интервалом месяц. С другой стороны, между разными видами есть перекрестный иммунитет. Например, возбудители туберкулеза и проказы близки друг к другу. В результате массовая вакцинация против БЦЖ привела к резкому снижению тяжести течения проказы в 20 веке.
— антимикробный, антитоксинный и пр.
Это – такой же темный лес, как и видо, типо и штаммоспецифичность иммунного ответа. Во многих случаях иммунный ответ направлен не только на микроб, но и на вырабатываемые им токсины. В случае антитоксинного иммунитета инфицирование возможно, но заболевание проходит в очень легкой форме.
Например, при вакцинации против дифтерии препарат содержит не микроб, а токсин, и вырабатывается иммунитет против дифтерийного токсина. В результате инфицирование дифтерией проходит в форме «здорового носительства», когда инфицированный не ощущает дискомфорта, но может заразить окружающих.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как неумение многих русских плавать помогло иммунологии?
2. Какое отношение Мечников имеет к йогуртам?
3. Можно ли прививками сформировать иммунитет к судебному преследованию?
4. Можно ли сформировать иммунитет к отравлению неорганическими ядами? А органическими?
5. Почему лучше всего сыворотки из крови людей?
6. Почему чаще всего используются сыворотки из крови крупных копытных?
7. Почему вакцины чаще используются для профилактики, а сыворотки – для лечения?
8. Местный иммунитет – специфический или нет?
9. Почему грудные дети, находящиеся на естественном или смешанном вскармливании, болеют меньше, чем находящиеся на искусственном?
10. Почему в последние десятилетия дети на грудном вскармливании начали болеть корью, коклюшем и другими «детскими» инфекциями?
UPD
11. Какими прививками можно добиться дипломатического иммунитета?
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.