НОВГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ЯРОСЛАВА МУДРОГО
АРХИПОВ Г.С., Е.И.АРХИПОВА
ОСНОВЫ ИММУНОЛОГИИ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
ВЕЛИКИЙ НОВГОРОД
2009
ББК 28.073 (075)
А87 УДК 577. 27 (075) |
Печатается по решению
РИС НовГУ
|
Рецензент
Доктор медицинских наук
Профессор В.Р.Вебер
Архипов Г.С., Е.И.Архипова
Основы иммунологии: Учебное пособие/НовГУ им.Ярослава Мудрого. – Великий Новгород, 2009. – 47 с.
В пособии изложены структура и функции иммунной системы, закономерности иммунологической реакции при взаимодействии с антигеном, о также некоторые вопросы иммунопатологического состояния.
Предназначено для студентов 1-6 курсов медицинских факультетов, а также для врачей лечебно-профилактических учреждений.
Издание 3-е, дополненное
ББК 28. 073 (075)
© Новгородский государственный
Университет, 2009
© Г.С.Архипов, Е.И.Архипова, 2009
Иммунная система организма безусловно необходима для его выживания: без нее смерть от любой инфекции была бы практически неизбежна. Но даже безотносительно к своей жизненной важности иммунная система вызывает восхищение как пример изобретательности Природы.
Сосуму Тонегава
Здоровая, нормально работающая иммунная система сама решает, как и чем лечить болезнь прицельно точно. Если мы научимся управлять иммунной системой, эта универсальная фармацевтическая фабрика произведет лекарство, необходимое организму в данный момент, там где нужно и сколько нужно…… Новая революция в медицине действительно на пороге.
Р. В. Петров, академик АН и АМН России
ВВЕДЕНИЕ
Мы живем в потенциально враждебном мире. Огромное множество различных организмов хотело бы использовать наши тела как удобную среду для своего развития и размножения: вирусы, бактерии, грибы, простейшие, черви. Действие защитных механизмов, препятствующих размножению таких “паразитических” для организма человека генов, и составляет основу учебной дисциплины “иммунология”. Иммунитет в настоящее время рассматривают как способ защиты не только от микробов, но и от клеток и тканей любого другого чужеродного организма или веществ, несущих в себе признаки генетически чужеродной информации. Клетки и молекулы – элементы иммунной системы – узнают чуть ли не бесконечное число чужеродных разнообразных клеток и веществ, отличая их от клеток и веществ собственного организма. Когда патологический агент (антиген) попадает в организм, они обнаруживают его и мобилизируются для его уничтожения. Они помнят каждую инфекцию, так что при повторном заражении организма тем же патогеном защита проходит более эффективно, чем в первый раз. Таким образом, главная функция иммунной системы – контроль за генетическим постоянством внутренней среды путем распознавания “своего” и “чужого” и удаление из организма чужеродных агентов.
Иммунитет – это совокупность биологических явлений (процессов и механизмов), направленных на сохранение постоянства внутренней среды (гомеостаза) и защиту организма от инфекционных и других генетически чужеродных для него агентов.
Иммунологическая защита осуществляется с помощью ряда различных механизмов, которые можно разделить на две большие группы:
1. Неспецифические механизмы иммунитета, наиболее филогенетически древние, которые направлены против любого чужеродного агента.
2. Факторы специфической иммунной защиты, активация которых происходит при проникновении в организм возбудителей или веществ, имеющих определенные (специфические) антигенные свойства. В этом случае происходит размножение специальных иммунокомпетентных клеток Т- и В-лимфоцитов и выработка определенных антител, способных избирательно связываться с поверхностными антигенами паразита и его токсического продукта.
3. Регуляторные механизмы иммунного ответа, обусловленное большим количеством цитокинов, медиаторов, гормонов и других биологически активных веществ.
ФАКТОРЫ И МЕХАНИЗМЫ НЕСПЕЦИФИЧЕСКОЙ ПРОТИВОИНФЕКЦИОННОИ ЗАЩИТЫ
К врожденным факторам неспецифической противоинфекционной защиты организма относятся: кожные и слизистые покровы, лимфатические узлы, лизоцим и другие ферменты полости рта и желудочно-кишечного тракта, нормальная микрофлора, интерферон, натуральные киллеры (NK) и фагоцитирующие клетки (гранулоциты и макрофаги). К факторам неспецифической защиты также относится система комплемента, представляющая собой комплекс растворимых сывороточных белков, способных по принципу каскада приходить в активное состояние и способствовать уничтожению вторгшегося паразита.
КОЖА И СЛИЗИСТЫЕ ОБОЛОЧКИ
Простейший способ избежать инфицирования — это предотвратить проникновение возбудителя в организм. Главной линией “обороны” служит кожа, которая, оставаясь неповрежденной, непроницаема для большинства инфекционных агентов. Кроме того, вырабатываемые потовыми и сальными железами молочная и жирные кислоты обладают бактерицидным действием, поэтому различные микроорганизмы, не входящие в число постоянных обитателей кожных покровов, быстро исчезают с ее поверхности.
Слизь, выделяемая стенками внутренних органов, действует как защитный барьер, препятствующий прикреплению бактерий к эпителиальным клеткам. За счет движения ресничек эпителия микробы вместе со слизью удаляются из организма. Аналогичным вымывающим действием обладают слезы, моча и слюна. Во многих секретах содержатся бактерицидные компоненты, такие как кис/юта в желудочном соке, спермин и цинк в сперме, лактопероксидаза в молоке, лизоцим в слезах, носовых выделениях и слюне.
ЛИЗОЦИМ
Лизоцим является одним из наиболее древних факторов противомикробной защиты. Он расщепляет мураминовую кислоту в составе оболочки чувствительных грамположительных микроорганизмов и в отдельных случаях может даже вызвать бактериолиз. Он синтезируется гранулоцитами, моноцитами и тканевыми макрофагами, может накапливаться в секреторных гранулах и лизосомах фагоцитов. При лизисе грамотрицательных бактерий лизоцим действует совместно с системой комплемента. В связи с этим он является важным фактором сывороточной бактерицидности, одновременно он присутствует также во всех жидкостях организма. Определение уровня его концентрации дает возможность оценить активность фагоцитарной системы. Снижение лизоцима наблюдается и при обострении хронических воспалительных заболеваний
НОРМАЛЬНАЯ МИКРОФЛОРА
Нормальная микрофлора способствует созреванию иммунной системы и поддержанию ее в состоянии высокой функциональной активности, что показано при исследовании гнотобионтов – организмов, развивающихся в стерильных условиях. Выступая в качестве антагонистов, представители нормальной микрофлоры препятствуют адгезии, внедрению и размножению патогенных микроорганизмов. В то же время представители нормальной микрофлоры могут вызывать заболевания в случаях проникновения в большом количестве из одних биотопов в другие и при иммунодефицитах (дисбактериозы).
ФАГОЦИТИРУЮЩИЕ КЛЕТКИ ОРГАНИЗМА
Учение о фагоцитарной системе создано еще И. И. Мечниковым (1896). Под фагоцитозом понимают активное поглощение клетками твердого материала. У одноклеточных этот процесс служил в основном для питания. У многих многоклеточных организмов, включая человека, фагоцитоз служит, прежде всего, фундаментальным механизмом противоинфекционной защиты. Фагоциты представляют собой клетки с особо выраженной способностью поглощать микроорганизмы и другие внедрившиеся в организм чужеродные вещества. Морфологически и функционально различают моноцитарные (макрофаги) и гранулоцитарные (микрофаги) компоненты фагоцитарной системы. Макрофаги и микрофаги имеют общее миелоидное происхождение от полипотентной стволовой клетки костного мозга. Для микрофагов характерно большое количество гранул в цитоплазме. По особенностям окрашивания различают базофильные, эозинофильные и нейтрофильные гранулоциты (лейкоциты). Наиболее многочисленны среди лейкоцитов полиморфно-ядерные нейтрофилы. Ежедневно из костного мозга в кровь выходит 10 названных лейкоцитов, а при острых инфекциях это количество может возрастать в 10 – 70 раз, при этом в крови появляются и не зрелые формы (сдвиг формулы крови влево). Активность нейтрофилов тесно связана с гранулами, содержимое которых представлено ферментами и другими биологически активными веществами: бактерицидные ферменты, нейтральные протеиназы, кислотные гидролазы и прочие вещества (лактоферрин, витамин В12-связывающий белок). С помощью этих вышеназванных ферментов и белков микрофаги осуществляют свою фагоцитирующую функцию.
Определенной фагоцитарной активностью обладают и эозинофильные лейкоциты, на клеточных мембранах которых имеются рецепторы для Fc-фрагмента комплемента IqG и белка СЗв-комплемента. Эти клетки фагоцитируют комплексы антиген — IqE — антитело, синтезируют пероксидазу, гистаминазу и другие ферменты, взаимодействуют с тучными клетками. Эозинофилы участвуют в защите организма от аллергенного воздействия в качестве антителозависимых фагоцитов. Велика роль эозинофилов и в локализации паразитарных заболеваний.
Макрофаги различных тканей организма (соединительной, печени, легких и др.) вместе с моноцитами крови и их костномозговыми предшественниками (промоноциты и монобласты) объединены в особую систему мононуклеарных фагоцитов (СМФ). Концентрация моноцитов в крови относительно невелика по сравнению с гранулоцитами (1–6% и 60 – 70% соответственно), однако продолжительность жизни значительно выше. В крови моноциты циркулируют до трех суток, а затем мигрируют в прилегающие ткани, где их количество в десятки раз больше, чем в крови. Здесь происходит окончательное созревание моноцитов либо в мобильные гистиоциты (тканевые макрофаги), либо в высокодифференцированные тканеспецифические макрофаги (альвеолярные макрофаги легких, купферовские клетки печени).
Рис.1. Мононуклеарная фагоцитарная система (первоначально включающая эндотелиальные и полиморфнондерные клетки под названием “ретикуло-эндотелиальная система”, или РЭС), Предшественники промоноцитов в костном мозге развиваются в циркулирующие моноциты крови, которые со временем распределяются по всему организму в виде зрелых макрофагов (МФ), как показано на рисунке. Другие основные фагоцитирующие клетки – полиморфноядерные нейтрофилы — главным образом остаются в крови, за исключением случаев их локализации в очагах острого воспаления
Морфологическая гетерогенность клеток соответствует функциональному разнообразию мононуклеарной системы. В отличие от полиморфноядерных нейтрофилов, которые обеспечивают основную защиту от пиогенных (гноеродных) бактерий, функция макрофагов в основном связана борьбой с теми бактериями, вирусами и простейшими, которые способны существовать внутри клеток хозяина. У клеток Лангерганса кожи, дендритных клеток селезенки имеется способность перерабатывать и представлять антиген клеткам иммунной системы. В этот момент он может быть узнан соответствующими Т-лимфоцитами. Макрофаги синтезируют и секретируют во внеклеточную среду большое количество различных белков и ферментов: нейтральные протеазы, кислые гидролазы, эндогенный пироген, факторы комплемента, интерлейкин и др.
Макрофаги способны к передвижению, поглощению объектов фагоцитоза посредством опсонинов и мембранных рецепторов, обезвреживанию его в лизосомах с помощью ферментов.
Все фагоцитирующие клетки характеризуются общностью основных функций, сходством структур и метаболических процессов. Различают четыре последовательно протекающие стадии фагоцитоза:
1. Хемотаксис целенаправленное передвижение фагоцитов в направлении градиента хемоаттрактантов благодаря наличию на мембране фагоцита специфических рецепторов. В качестве хемоаттрактантов могут выступать бактериальные компоненты, продукты некроза тканей организма, активированные фракции системы комплемента — С5а, СЗа, лимфокины.
2. Адгезия — прикрепление фагоцита к мишени, может быть опосредован и не опосредован рецепторами.
3. Эндоцитоз — захватывание, которое может происходить без участия рецепторов, например, при поглощении частичек угля и при участии рецепторов, как в случае поглощения многих бактерий, грибов рода Candida и др. Маннозофруктозные рецепторы фагоцитов узнают при этом углеводные компоненты поверхностных структур микроорганизмов. Наиболее эффективным является фагоцитоз, опосредованный рецепторами для Fc-фрагмента иммуноглобулинов (см. ниже) и для фракции СЗ-комплемента. Эндоцитоз идет по принципу застежки “молния”.
4. Внутриклеточное переваривание происходит в фаголизосомах в результате слияния с первичными лизосомами. Уничтожение микроорганизма происходит в результате “окислительного взрыва” — выброса биологически активных продуктов восстановления кислорода, таких как перекись водорода, супероксидант молекулярного кислорода и гидроксильных радикалов, а также за счет кислороднезависимых механизмов, связанных с высвобождением лизоцима и гидролитических ферментов.
Многие вирулентные бактерии часто не погибают и могут длительное время персистировать внутри фагоцитов. Некоторые (токсоплазмы, микобактерии туберкулеза) могут препятствовать слиянию фагосом с лизосомами; другие (гонококки, стафилококки, стрептококки гр. А) обладают устойчивостью к действию лизосомных ферментов; третьи после эндоцитоза покидают фагосому и избегают действия ферментов (риккетсии). В этих случаях фагоцитоз остается незавершенным.
Макрофаги при поглощении антигена вырабатывают монокины — вещества, оказывающие регулирующее действие на пролиферацию, дифференциацию и функции фагоцитов, лимфоцитов, фибробластов и других клеток, например, интерлейкин-1, который стимулирует Т-лимфоциты и одновременно оказывает пирогенный эффект. Одновременно макрофаги секретируют лизоцим, компоненты комплемента, интерфероны, кислородные радикалы, благодаря которым могут убивать бактерии без фагоцитоза, а также оказывать цитотоксическое действие на раковые и аллотрансплантированные клетки.
Общая функция фагоцитов заключается в представлении на своей наружной мембране фрагментов (антигенных эпитопов) захваченных микроорганизмов. В таком виде возбудители специфически распознаются Т-лимфоцитами.
Натуральные киллеры — большие зернистые лимфоциты, которые специализированы для внеклеточного уничтожения. Объектами их нападения являются опухолевые клетки, а также клетки, зараженные некоторыми вирусами или паразитами. Полагают, что они узнают определенные структуры из ненормальных высокомолекулярных гликопротеинов, экспрессируемых на мембране инфицированной или измененной клетки. Предварительный контакт с антигеном не требуется. Главная роль в уничтожении принадлежит секретируемым белкам – перфорину и цитолизину, которые образуют трансмембранную пору на мембране атакуемой клетки, что приводит к ее лизису. Активность натуральных киллеров стимулируют интерфероны.