Функция иммунной системы и реактивность
Как было сказано выше, иммунные механизмы являются центральным звеном реактивности организма, поддерживающим его гомеостаз (прежде всего антигенный).
Контакт человека (животного) с разнообразными инфекционными и токсическими агентами ведет к образованию антител, которые «защищают» его организм посредством лизиса, нейтрализации или элиминации (с помощью фагоцитов) чужеродных веществ, сохраняя при этом постоянство внутренней среды. Однако результатом иммунных реакций может быть не только «защита» организма, но и явное повреждение.
В этом случае развивается тот или иной вид иммунопатологии - патологический процесс или заболевание, основу которого составляет повреждение иммунного ответа (иммунологической реактивности). С учетом механизмов, лежащих в его основе, условно можно выделить две большие группы заболеваний, имеющих иммунную природу:
1. Болезни, обусловленные нарушением иммунного ответа (иммунологической недостаточностью) или повреждением иммунологической реактивности в отношении чужеродных антигенов.
2. Болезни, обусловленные срывом иммунологической резистентности (толерантности) в отношении собственных антигенных структур (подробнее см. раздел 7.4 и главу 8).
Функция элементов соединительной ткани и реактивность
Соединительнотканные клеточные элементы (ретикулоэндотелиальная система, система макрофагов), находясь во взаимоотношении с другими органами и физиологическими системами, участвуют в формировании реактивности организма. Они обладают фагоцитарной активностью, барьерной и антитоксической функцией, обеспечивают интенсивность заживления ран.
Блокада функции ретикулоэндотелиальной системы ослабляет проявление аллергической реактивности, тогда как ее стимуляция ведет к усилению продукции антител. Угнетение высшей нервной деятельности (шок, наркоз) сопровождается уменьшением поглотительной функции элементов соединительной ткани в отношении красок, микробов, торможением процессов заживления ран и воспаления. Возбуждение высшей нервной деятельности, напротив, стимулирует указанные функции соединительнотканных клеток.
Обмен веществ и реактивность
Количественные и качественные изменения обмена веществ существенным образом влияют на реактивность организма. Голодание, хроническое недоедание вызывают резкое снижение реактивности. При этом вяло идет воспаление, падает способность к выработке антител, существенно изменяется течение болезней. Реакция на введение вакцин и токсинов выражена слабо и протекает вяло. Для многих острых инфекционных заболеваний характерно отсутствие повышения температуры и резких воспалительных изменений (появление стертых форм инфекции). Иммунологическая реактивность ослабевает, что сопровождается снижением способности к развитию иммунитета, вероятности возникновения аллергических заболеваний.
ЧАСТЬ II ТИПОВЫЕ ПАТОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГЛАВА 7 ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ИММУНИТЕТА
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ИММУННОЙ
СИСТЕМЫ
Основные понятия
Иммунитет (от лат. immunio - укреплять, защищать) - это феномен биологической защиты организма от чужеродных патогенов.
Смысл подобной защиты - обеспечение генетической целостности организма в течение всей его жизни путем поддержания баланса между «своим» и «несвоим» в условиях чужеродного окружения. Однако иммунитет напрямую не контролирует генетический гомеостаз организма. Геном как таковой не является объектом действия для факторов иммунитета, распознающих молекулы поверхности клеток и межклеточного матрикса (то, что в классической генетике называют фенотипом).
Иммунная системаспециализируется на реализации механизмов данного феномена. Чтобы понять основы науки иммунологии,необходимо изучить защитные механизмы, направленные на устранение «несвоего», и регуляторные процессы, которые формируют внутренний гомеостаз «своего» в организме. Иммунитет может быть врожденным и приобретенным (адапативным).
Врожденный иммунитет обусловливается наследственными анатомо-физиологическими особенностями организма и представляет собой совокупность факторов и механизмов неспецифической защиты.К ним относятся:
• механические барьеры (кожа, слизистые);
• нормальная непатогенная микрофлора (аутофлора) кожи и слизистых оболочек дыхательных путей, желудочно-кишечного и мочеполового трактов;
• физико-химические барьеры: а) лизоцим крови, лимфы, слизистых оболочек и секретов (слезная и семенная (эякулят) жидкость, материнское молоко); б) антимикробные пептиды (кателицидины, дефенсины и др.) эпителия кожи, дыхательных путей, мочеполового тракта; в) соляная кислота (HCl) желудочного сока; г) пищеварительные ферменты, альдегиды и жирные кислоты сальных и потовых желез; д) монооксигеназная система печени (цитохром Р450);
• естественные натуральные антитела, представляющие собой IgM, которые постоянно присутствуют в крови и направлены против условно-патогенной флоры; каталитические антитела, обладающие протеиназной и нуклеазной активностью;
• система естественной цитотоксичности (натуральные киллеры - NK, интерфероны α, β, γ), обеспечивающие экстренную защиту против вирусов и других внутриклеточных патогенов без воспалительной реакции, а также индукцию апоптоза HLA I-негативных «своих» инфицированных, опухолевых, деградирующих и поврежденных клеток;
• фагоциты профессиональные (макрофаги, нейтрофилы) и вспомогательные (или факультативные - дендритные клетки, фибробласты и др.);
• система комплемента (подробнее см. раздел 14.4.6);
• белки теплового шока (HPS - heat shock proteins) - белки клеток, повышающие термотолерантность, участвующие в регуляции апоптоза и образовании комплексов с чужеродными (антигенными) пептидами, облегчая связывание и поглощение «несвоего» макрофагами;
• белки острой фазы, образующиеся в печени в ответ на повреждение клеток и тканей (например, С-реактивный белок) (подробнее см. раздел 4.2).
Если патогену удается миновать неспецифический эшелон защиты, включаются механизмы адаптивного иммунитета.
Адаптивный иммунитет вырабатывается в процессе жизни индивида и представляет собой специфическую защитную реакцию организма на конкретный чужеродный агент (антиген) с участием лимфоцитов.
В его основе лежит способность лимфоцитов распознавать антигены и организовывать их деструкцию, в то время как врожденный иммунитет не дифференцирует антигены и реализуется в отношении любого антигена вне зависимости от его природы. Кроме того, для формирования адаптивного иммунитета сначала необходима
предварительная обработка (процессинг) «несвоего», после чего происходит его распознавание и деструкция; факторы врожденного иммунитета (фагоциты, система комплемента и др.) распознают «чужое» в исходной, необработанной форме («паттерны»).
Отказ одного или нескольких компонентов иммунной системы может приводить к развитию иммунодефицитов и утрате способности к защите от «несвоего». Расстройства регуляции в функционировании данной системы обусловливают аутоиммунные и аллергические заболевания (на основе I, II, III, IV и V типов гиперчувствительности), частые, тяжелые, затяжные и рецидивирующие инфекции, рост опухолей. Важность самого существования иммунной системы иллюстрируется появлением в последние 20 лет новой болезни - СПИДа (синдрома приобретенного иммунодефицита), при которой выявляются различные варианты нарушений со стороны иммунной системы.
Антигены- это генетически чужеродные вещества, вызывающие иммунный ответ. Общее число различных антигенов оценивается числом 1018. Основными свойствами антигена, определяющими его иммуногенность, т.е. способность вызывать иммунный ответ, являются макромолекулярность (молекулярная масса не менее 10 кДа) и генетическая чужеродность.
Полные антигены- это макромолекулярные соединения (в основном белки и белоксодержащие соединения). Молекула полного антигена состоит из двух частей - информационной и несущей. Информационная часть (низкомолекулярные антигенные детерминанты, эпитопы) определяет специфичность антигена, несущая (макромолекулярный белок) - способствует проникновению антигена в организм.
Неполные антигены (или гаптены)- это низкомолекулярные небелковые антигены (лекарственные препараты, вирусы и др.), которые имеют в своем составе только информационную часть. Изолированная информационная часть сама по себе не является иммуногенной, т.е. не способна индуцировать иммунный ответ, но обладает конкретной специфичностью - свойством вступать в реакции взаимодействия с предсуществующими (ранее образованными при предыдущих контактах) антителами и лимфоцитами. Гаптены приобретают иммуногенность лишь в соединении с белками-носителями организма.
Антитело (иммуноглобулин)- это один из типов молекул иммунной системы. Антитела и антигенраспознающие рецепторы могут связывать соответствующие антигены.
Паттерны связываются паттернраспознающими молекулами (toll-подобными рецепторами1 и др.).
Лимфоцитыявляются главными клетками иммунной системы. Посуществу, иммунная система - это иерархическая совокупность лимфоидных клеток (1013). Существуют T-, B-и NK-лимфоциты.Т-клетки дифференцируются в тимусе и играют ключевую роль во всех направлениях специфического иммунного ответа. В-лимфоциты дифференцируются в костном мозгу, являются предшественниками плазмоцитов - антителопродуцентов. NK-клетки (натуральные или естественные киллеры) участвуют в неспецифической цитотоксичности по отношению к внутриклеточно расположенным патогенам. Остальные клетки (макрофаги, дендритные клетки, нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, тучные клетки и др.) также участвуют во многих иммунных процессах, но их участие скорее опосредованное, т.е. они привлекаются лимфоцитами для реализации функций иммунной (лимфоидной) системы.
Функции иммунной системы:
1. Защита от «несвоего» (инфекция, трансплантат).
2. Элиминация модифицированного «своего»: трансформированных (в том числе опухолевых), инфицированных, поврежденных, стареющих клеток.
3. Регуляция роста и развития клеток и тканей.
1 Факторы врожденного иммунитета распознают консервативные, присущие только микроорганизмам и отсутствующие у позвоночных (от мыши до человека) молекулярные структуры, обозначаемые в современной литературе термином «патогенассоциированные молекулярные структуры» (patogen associated molecular patterns - PAMP). Эти структуры распознаются специальными рецепторами - паттернраспознающими рецепторами (pattern recognition receptors - PRRs). PRRs (растворимые, внутриклеточные, мембраносвязанные) рассматриваются как носители эволюционной памяти многоклеточных организмов о «своем» и «несвоем», обеспечивающие экстренный неспецифический ответ на чужеродный агент. Разновидностью мембраносвязанных PPRs являются toll-подобные рецепторы (TLRs). TLRs экспрессированы на многих клетках: дендритных клетках, макрофагах, моноцитах, нейтрофилах, В-, Т-лимфоцитах и др. Результатом связывания TLRs с лигандами микроорганизмов (или их продуктов) является активация в TLR-несущих клетках цитоплазматических адапторных молекул (MyD88 и др.), киназ (МАРК), ядерного фактора транскрипции (NF-kB), опосредующих индукцию генов адгезивных молекул, цитокинов и, как следствие, развитие воспаления. PAMP, распознаваемые TLRs, описаны у многих грамположительных и грамотрицательных бактерий, вирусов, грибов и простейших.
Главными «партнерами» иммунной системы являются центральная нервная система, эндокринная система и печень, которые наиболее важны для обеспечения регуляции гомеостаза.
Функциональная организация иммунной системы может быть рассмотрена на органном, клеточном и молекулярном уровнях. Существуют два типа органов иммунной системы - центральные (или первичные) и периферические (или вторичные).
К центральным органам иммунной системы относятся костный мозг и тимус.
К периферическим органам иммунной системы относятся:
1. Лимфатические узлы, лимфатические протоки и селезенка.
2. Лимфоидная ткань, ассоциированная со слизистыми оболочками (Mucous-Associated Lymphoid Tissue - MALT), которая расположена на пяти уровнях. Первые два уровня - евстахиева труба (Tube-Associated Lymphoid Tissue - TALT) и носоглотка (NasalAssociated Lymphoid Tissue - NALT) - представлены различными миндалинами; следующий уровень - бронхи (Bronchus-Associated Lymphoid Tissue - BALT) и грудные железы (у женщин); четвертый уровень - верхние отделы желудочно-кишечного тракта (GutAssociated Lymphoid Tissue - GALT) - содержат лимфоидную ткань желудка и пейеровы бляшки тонкого кишечника; пятый уровень - это нижние отделы желудочно-кишечного тракта и мочеполовая система - аппендикс, солитарные фолликулы толстого кишечника и лимфоидная ткань мочеполовой системы.
3. Лимфоидная ткань, ассоциированная с кожей (Skin-Associated Lymphoid Tissue - SALT).
Центральные органы являются местом лимфопоэза, т.е. образования и антигеннезависимого созревания лимфоцитов. В костном мозгу находятся ранние клетки-предшественницы Т- и В-лимфоцитов (преТ- и преВ-клетки), В-лимфобласты созревают из преВ-клеток, размножаются и дифференцируются в В-лимфоциты. Тимус - орган, в котором Т-лимфобласты размножаются и дифференцируются в Т-лимфоциты. В периферических органах происходит контакт Т- и В-лимфоцитов с антигеном и иммуногенез - антигензависимый этап созревания лимфоцитов. Этот процесс называется иммунным ответом.Его сутью является создание «армии» (клонов) специфически реагирующих лимфоцитов и специфических антител, которые осуществляют эффекторные реакции по уничтожению конкретного антигена. Существуют
Т-клеточный и В-клеточный (гуморальный) пути иммунного ответа.
Большой вклад в развитие иммунологии от Edward Jenner до наших дней внесли L. Pasteur, И.И. Мечников, P. Ehrlich, Н.Ф. Гамалея, F. McFarlane Burnet, N.K. Jerne, Р.В. Петров, S. Tonegawa, Р.М. Хаитов и др.