Общая морфо-функциональная характеристика иммунной системы

Иммунная система осуществляет защиту организма от генетически чужеродных тел и веществ, называемых антигенами. Такая функция иммунной системы обеспечивается ее способностью отличать "свое" от "чужого" и обеспечивать ингибирование и элиминацию генетически чужеродных структур. Причем под генетически чужеродными структурами понимают не только посторонние организмы (вирусы, бактерии) и синтезированные ими биополимеры, но и собственные генетически измененные в результате мутаций при воспроизведении клетки организма. Следовательно, основной физиологической функцией иммунной системы является специфическая иммунологическая реактивность,реализующаяся благодаря тому, что эта система

Ø концентрирует антиген

Ø обеспечивает контакт с антигеном различных видов клеток

Ø транспортирует гуморальные вещества и клеточные структуры лимфоидной ткани в необходимые участки организма

Ø в конечном итоге элиминирует чужеродный антиген.

Специфическая иммунологическая реактивность может проявляться в виде двух типов процессов:

· выработке антител, которые либо нейтрализуют антиген, либо облегчают его уничтожение макрофагами, нейтрофилами или системой комплимента (гуморальные иммунные реакции)

· в непосредственном повреждающем действии лимфоцитов по отношению к антигенам (клеточные иммунные реакции).

Для иммунной системы характерны следующие морфо-функциональные особенности:

Ø она генерализована по всему телу

Ø ее клетки постоянно рециркулируют по всему организму через лимфо- и кровоток

Ø она обладает уникальной способностью вырабатывать сугубо специфические молекулы антител и клоны Т-лимфоцитов, различные по своей специфике в отношении каждого антигена

Ø обладает способностью формировать иммунологическую память после первичного контакта специфичных в отношении антигена лимфоцитов с ним, в результате чего при последующем контакте с данным антигеном специфические иммунологические реакции развиваются гораздо быстрее.

В организме человека содержится примерно 10¹¹ делящихся клеток. Если допустить, что мутации возникают в 10^-5 – 10^-7 случаев делений (подобно бактериям), то в организме человека при однократном воспроизведении пула пролиферирующих клеток должно образовываться примерно 10⁵-10⁶ мутантных клеток. В норме такие клетки или возникшие из них конгломераты ингибируются иммунной системой и элиминируются. Таким образом, иммунная система обеспечивает поддержание генетического гомеостаза в организме, а, следовательно, гомеостаза физико-химической структуры макромолекул и клеток. Дефекты специфической иммунологической реактивности приводят либо к потере способности различать "чужое" (вследствие чего может возникнуть рак и длительные инфекционные заболевания), либо утрате способности различать "свое" (что служит причиной возникновения аутоиммунных заболеваний вследствие реакции иммунной системы против собственных тканей).

Наряду со специфической иммунологической реактивностью иммунной системы, проявляющейся в ее способности распознавать "чужое" и обеспечивать нетерпимость к нему, она обладает не менее важным свойством иммунологической толерантности, заключающейся в способности обеспечивать терпимость к "своему".

Органы иммунной системы расположены в различных частях организма и анатомически обособлены друг от друга; их основа образована лимфоидной или миелоидной тканью. Миелоидная ткань (от греч. миелос – костный мозг) располагается в мозгу, находящемся в полостях костей (костном мозгу), и является местом образования эритроцитов, кровяных пластинок, гранулоцитов, моноцитов и В-лимфоцитов (т.е. почти всех форменных элементов крови за исключением Т-лимфоцитов). Лимфоидная ткань получила свое название в связи с очень большим изобилием лимфоцитов, в ней находящихся; она образует тимус, селезенку, лимфатические узлы и неинкапсулированные лимфоидные скопления в рыхлой волокнистой соединительной ткани слизистых оболочек и кожи.

В кроветворных органах (красном костном мозге, образованном миелоидной тканью, и тимусе, образованном лимфоидной тканью) в ячеях ретикулярной ткани (в красном костном мозге) и эпителиальной ткани (в тимусе) расположены созревающие клетки крови и их предшественники.

В основе лимфоидных органов лежит ретикулярная паренхима, образованная в большинстве случаев ретикулярной тканью (а в тимусе – эпителиальной тканью) и имеющая вид сети, в ячеях которой находятся лимфоциты, являющиеся главными функциональными элементами лимфоидной ткани.

Лимфоидные органы составляют 5% от массы тела человека (общая их масса составляет в среднем 1,5-2 кг), а общее число лимфоидных клеток – 10¹².

Органы иммунной системы в зависимости от их функционального назначения классифицируют на:

Ø центральные органы иммунной системы – органы, в которых осуществляется первичныйлимфоцитопоэз – образование лимфоцитов из стволовых клеток. Они служат своеобразной "фабрикой" по производству лимфоцитов. Сами эти органы не осуществляют активного иммунного ответа, они заселяются стволовыми клетками и являются местом усиленного первичного лимфопоэза даже в эмбриональном периоде и у безмикробных животных, когда периферические лимфоидные органы остаются неактивными. Удаление центральных органов иммунной системы приводит к нарушению функций иммунитета, резкому снижению числа лимфоцитов в периферической крови и периферических лимфоидных органах. Эти органы представлены:

ü красным костным мозгом (образован миелоидной тканью). У взрослого человека располагается в полостях губчатого костного вещества костей свода черепа, ребер и грудины, телах позвонков, губчатых частях некоторых коротких костей и в эпифизах длинных трубчатых костей. Наряду с эритроцитами, кровяными пластинками, гранулоцитами и моноцитами, служит местом образования В-лимфоцитов. Кроветворение именно в красном костном мозге обусловлено тем, что он заложен в полостях костной ткани, которые не могут бесконечно расширяться (в отличие, например, от волокнистых соединительных тканей), и это заставляет образующиеся зрелые форменные элементы крови переходить в капилляры.

ü тимусом (вилочковая железа), лимфоидный орган, является местом образования Т-лимфоцитов. Причем все форменные элементы крови происходят от общего родоначального предшественника – стволовой клетки (называемой также колониеобразующей единицей – КОЕ). Эта стволовая клетка или, возможно, ее потомки с током крови из красного костного мозга приносятся в тимус, где дают начало Т-лимфоцитам.

Ø периферические органы иммунной системы – органы, в которых в отличие от центральных органов иммунной системы, не происходит первичного лимфоцитопоэза (т.е. образования лимфоцитов из кроветворных стволовых клеток). Периферические органы иммунной системы заселяются лимфоцитами и служат местом контакта лимфоцитов с антигенами, т.е. представляют собой плацдарм для осуществления иммунных реакций (преимущественно гуморального типа), в результате которых происходит элиминация антигенов. К периферическим органам иммунной системы относят:

ü лимфатические узлы, где осуществляется фильтрация лимфы, оттекающей из тканей и ее очищение от различных антигенов (бактерий, вирусов, их белковых макромолекул). Лимфа образуется в тканях путем фильтрации тканевой жидкости в слепо начинающиеся в тканях лимфатические капилляры. Причем особенностью лимфатических капилляров, в отличие от кровеносных, является отсутствие базальной мембраны, что облегчает прохождение в них крупномолекулярных белков, воспалительных экссудатов и даже отдельных клеток из тканей. Лимфатические капилляры сливаются друг с другом, переходя в более крупные сосуды, выносящие лимфу из органов. Лимфатические сосуды, прежде чем доставить лимфу в кровоток, обязательно проходят через лимфатические узлы. Причем они входят в лимфатические узлы со стороны выпуклой их поверхности, а выходят – со стороны вогнутой. Лимфа, выходящая из лимфатического узла, обогащена лимфоцитами (в основном Т-лимфоцитами) и частично очищена от антигенов. Лимфатические сосуды, прошедшие через лимфатические узлы, по ходу сливаются друг с другом, образуя все более крупные сосуды. Наконец, лимфа через грудной и правый лимфатические протоки впадает в верхнюю полую вену (возвращается в кровь). Таким образом, система лимфообращения непрерывно выносит лимфу в венозную часть системы кровообращения, так что вся избыточная жидкость, формирующаяся в организме, возвращается в кровяное русло, проходя на своем пути лимфатические узлы.

ü селезенка, выступает в качестве депо крови, принимая участие в очистке ее от различных антигенов, обеспечивает элиминацию старых эритроцитов

ü неинкапсулированная лимфоидная ткань, заложенная в рыхлой соединительной ткани слизистых оболочек и кожи, обеспечивает очистку от антигенов преимущественно тканевой жидкости.

красный костный мозг

Рис. 1. Локализация красного костного мозга в трубчатой кости. Обратите внимание на то, что трубчатая кость состоит из трубки (диафиза) и головок (эпифизов). Трубчатая часть кости (диафиз) образован преимущественно компактной костной тканью; в центре диафиза имеется полость, в которой находится желтый костный мозг (образован белой жировой тканью). В эпифизах (головках) между рыхло расположенными трабекулами костной ткани залегает красный костный мозг.

Рис. 2. Схема строения красного костного мозга.

Рис. 3. Синусоидный капилляр красного костного мозга (вид при сканирующей электронной микроскопии). Видна паренхима красного костного мозга, между тяжами которой проходят синусоидные (расширенные) капилляры. Тяжи паренхимы образованы ретикулярной тканью, в ячеях которой находятся стволовые клетки и их потомки (т.е. созревающие форменные элементы крови).

Рис. 4. Схема, демонстрирующая выход эритроцитов через стенку синусоидного капилляра красного костного мозга в кровоток. Обратите внимание на то, что предшественники эритроцитов (оксифильные нормобласты) – ядерные клетки, но когда они протискиваются через щели между эндотедиальными клетками капилляра, то теряют ядро и превращаются в безъядерные эритроциты.

Рис. 5. Тимус (общий вид).

Рис. 6. Структурная организация дольки тимуса. Тимус имеет дольчатое строение. Каждая долька состоит из коркового и мозгового вещества. В основе паренхимы тимуса лежит эпителиальная ткань, клетки которой отросчаты и напоминают ретикулярные, поэтому их называют ретикулоэпителиальными. В корковом веществе долек велика плотность лимфобластов (предшественников лимфоцитов) и созревающих Т-лимфоцитов, поэтому оно выглядит более плотным, чем мозговое, в котором плотность Т-лимфоцитов гораздо меньшая. В корковом веществе долек тимуса из стволовых клеток и их потомков, приносимых с током крови из красного костного мозга, дифференцируются наивные специфичные Т-лимфоциты. Мозговое вещество долек тимуса заселяется наивными лимфоцитами; там возможен контакт этих лимфоцитов с антигенами, соответственно антигензависимая активация Т-лимфоцитов, завершающаяся образованием эффекторных клеток, способных уничтожить антиген. Иными словами, мозговое вещество долек тимуса напоминает в функциональном плане периферические органы иммунной системы.

Рис. 7. Лимфатические узлы и сосуды головы и шеи человека

Рис. 8. Схема строения лимфатического узла. Обратите внимание на то, что приносящие лимфатические сосуды входят в лимфатический узел со стороны наружной (выпуклой) его поверхности. После чего лимфа изливается в краевой лимфатический синус, расположенный под соединительнотканной капсулой узла. Из краевого лимфатического синуса лимфа поступает в промежуточные синусы коркового вещества, откуда переходит в мозговые синусы, открывающиеся в выносящие лимфатические сосуды, которые выходят из узла в области ворот. Таким образом, лимфа фильтруется через лимфатический узел и, проходя по его синусам, постоянно контактирует с лимфоцитами и макрофагами, находящимися в лимфатических синусах, что обеспечивает очистку лимфы от различных антигенов.

Рис. 9. Лимфоидный фолликул слизистой тонкого кишечника. Обратите внимание на то, что лимфоидный фолликул заложен непосредственно под эпителиальным пластом слизистой, в рыхлой волокнистой соединительной ткани. Лимфоидные фолликулы представляют собой второй эшелон защиты в слизистых оболочках после эпителиального пласта, представляющего собой первый барьер от проникновения в подлежащую соединительную ткань слизистой любых антигенов.

Рис. 10. Неинкапсулированный лимфоидный фолликул рыхлой волокнистой соединительной ткани. Образован ретикулярной тканью, в ячеях которой преобладают В-лимфоциты, хотя встречаются Т-лимфоциты и макрофаги. После контакта В-лимфоцитов со специфическими антигенами, на которые они настроены, при участии Т-хелперов В-лимфоциты превращаются в плазматические клетки. Потомки В-лимфоцитов в процессе их дифференцировки в плазматические клетки выходят за пределы лимфоидного фолликула в окружающую соединительную ткань, там превращаются в неподвижные овальной формы плазматические клетки, вырабатывающие за свои пределы антитела, которые собственно и обеспечивают борьбу с антигеном.

Рис. 11. Селезенка (вид снизу, со стороны ворот органа). Обратите внимание на то, что селезенка представляет собой неполый орган иммунной системы, находящийся на пути крови из магистрального сосуда большого круга кровообращения – аорты – к печени (селезеночные вены впадают в воротную вену печени, вследствие чего венозная кровь, вышедшая из селезенки, прежде чем попасть в нижнюю полую вену, проходит через печень). Селезенка располагается в брюшной полости, внутрибрюшинно (покрыта висцеральным листком брюшины), в области левого подреберья, на уровне от IХ до ХI ребер, занимает горизонтальное положение. Селезенка имеет форму уплощенной и удлиненной полусферы, темно-красного цвета (в связи с большим количеством эритроцитов, в ней депонирующихся), мягкой консистенции. Размеры селезенки у взрослого человека: длина – 10-14 см, ширина – 6-10 см, толщина – 3-4 см; масса – 150-190 г.

Рис. 12. Схема, отражающая распределение красной и белой пульпы в селезенке. Паренхима селезенки называется пульпой, основа которой образована ретикулярной тканью. Различают красную (составляет ¾-4/5 от общего объема пульпы) и белую пульпу (составляет ¼-1/5 от общего объема пульпы). В красной пульпе в ячеях ретикулярной ткани преобладают эритроциты (она обеспечивает временное депонирование эритроцитов). В белой пульпе в ячеях ретикулярной ткани преобладают лимфоциты (это лимфоидная часть селезенки, она обеспечивает иммунные реакции против антигенов, присутствующих в крови). Белая пульпа селезенки представлена 2 компонентами: лимфоидными фолликулами, расположенными поодиночке или группами, и лимфоидными влагалищами, окружающими в виде муфт пульпарные артерии (артерии красной пульпы). В лимфоидных фолликулах преобладающим типом клеток являются В-лимфоциты, а в лимфоидных влагалищах – Т-лимфоциты.

Лимфатические узлы и неинкапсулированные лимфоидные скопления расположены в большинстве своем на путях проникновения инфекционных агентов в организм (в области кожи, слизистых оболочек), а, следовательно, выполняют защитно-барьерную функцию.

Между периферическими органами иммунной системы существует "своеобразное разделение труда": они специализируется на контакте с антигенами определенных компонентов внутренней среды организма. Так, неинкапсулированные лимфоидные фолликулы контактируют преимущественно с антигенами, которые оказываются в тканевой жидкости, лимфатические узлы эффективно взаимодействуют с лимфой, протекающей через них. Наконец, в селезенке осуществляется активный и весьма длительный контакт иммуннокомпетентных клеток с антигенами, находящимися в крови, протекающей через селезенку.

Особенностью иммунной системы является ее адаптивная направленность, позволяющая обеспечить иммунный ответ на любые теоретически возможные чужеродные макромолекулы и клетки, которые могли бы проникнуть во внутреннюю среду организма. Данное свойство иммунной системы обусловлено тем, что значительное количество клеток, отвечающих специфически на данный антиген, образуется только после специфического антигенного стимула (т.е. после контакта с каким-то антигеном) и, будучи индуцированы, эти клетки выполняют свои специфические функции автономно. Следовательно, приобретение лимфоцитами иммунокомпетентности происходит еще в центральных иммунных органах, где осуществляется первичный лимфоцитопоэз, а в периферических иммунных органах после контакта определенных лимфоцитов с теми или иными антигенами происходит их окончательное созревание (вторичный лимфоцитопоэз), которое и обуславливает появление большого количества функционально зрелых клеток, способных развивать иммунный ответ.

Иммунная система по организации и механизмам функционирования сходна с нервной системой. Сходство заключается в том, что функции обеих этих систем генетически детерминированы, обе они представлены центральными и периферическими органами, способны реагировать на различные сигналы, имеют огромное количество рецепторных структур, специфическую память. Основным же функциональным отличием иммунной системы от нервной является то, что иммунная система способна к передаче и генерализации специфических сигналов мигрирующим клеткам (лимфоцитам), тогда как нервная – неподвижным клеткам.