Иммунная система человека
ГБУЗ «ОБЛАСТНОЙ ЦЕНТР МЕДИЦИНСКОЙ ПРОФИЛАКТИКИ»г.ОРЕНБУРГ
(Лекция разработана врачом-педиатром 1 категории Шаймиевой М.М.
Иммунная система человека.
В странах Центральной и Южной Африки, а также в некоторых районах Азии уже около 15 процентов всего населения заражены вирусом СПИД. В одной только Уганде к настоящему времени насчитывается 1,1 млн. ВИЧ-инфицированных. По всей Африке СПИД оставил без родителей более 10 млн. детей. Экономические и социальные последствия эпидемии СПИД могут привести к усугублению политической нестабильности на африканском континенте, а, возможно и в целом мире. Приведенные цифры еще более настораживают, если вспомнить, что еще два-три десятилетия назад мы почти ничего не знали об этом вирусе, этом заболевании.
Однако проблема заключается не только в появлении новых смертельно опасных заболеваний, но и в том, что антибиотики, создание которых до сих пор считается одним из самых важных достижений медицины, становятся все менее эффективными в связи с появлением новых штаммов инфекционных возбудителей, устойчивых к антибиотикам. Увеличение числа резистентных микроорганизмов уже стало глобальной проблемой. Даже пища, которую мы едим, становится уже небезопасной. Действительно, за последние двадцать лет было обнаружено более одного десятка инфекционных возбудителей, передаваемых с пищей. Более того, интенсивное авиационное сообщение делает для нас очень близкой любую эпидемию, пусть даже случившуюся в самом отдаленном уголке земного шара.
Вспомним при этом, что наше здоровье и качество жизни напрямую зависят от состояния нашей иммунной системы, которая представляет собой сложный механизм, состоящий более чем из одного триллиона клеток. В настоящее время существует большое число самых разнообразных факторов, которые способствуют ослаблению естественной защиты организма. Изучая природу и свойства иммунной системы и используя новые достижения последних лет в изучении природных иммуноактивных веществ, мы можем повысить качество нашего здоровья и защитить себя от все более агрессивной окружающей среды.
Что же такое иммунитет? Наш организм защищается от негативных воздействий как с помощью инстинктов, так и посредством приобретенных навыков. Наши врожденные инстинкты, существующие независимо от обучения, являются первой линией защиты против внешних факторов. Подобно тому, как они защищают нас от физических воздействий, наша иммунная система способна к «инстинктивным» защитным реакциям против микробной и вирусной агрессии. Такие иммунные реакции носят название неспецифического (врожденного) иммунного ответа. Степень неспецифического иммунного ответа зависит от силы и «тренированности» иммунной системы. «Тренированная» иммунная система способна к более сильному иммунному ответу по сравнению с ослабленной или еще не развитой иммунной системой. В том случае, если возможности неспецифического иммунитета позволяют справиться с возникшей угрозой, дополнительной активации иммунной системы не требуется.
Однако во многих случаях возможностей врожденного иммунитета оказывается недостаточно для того, чтобы справиться с разнообразными микробами и вирусами, с которыми нам ежедневно приходится сталкиваться. В этом случае нашей иммунной системе приходится приобретать новые орудия для борьбы с инфекцией. Совокупность этих иммунных реакций называется приобретенным иммунитетом. Сейчас все имеют представление о таких понятиях, как «Т-лимфоциты» или «антитела». Это основные компоненты, участвующие в реакциях приобретенного иммунного ответа. Когда наш организм сталкивается с инфекционным агентом, иммунная система должна сначала распознать его, а затем уничтожить. Этот процесс занимает от 10 до 14 дней. После того, как организм успешно справился с инфекцией, его иммунная система «запоминает» характерные приметы данного нарушителя и становится готовой к повторной атаке. Обычно мы даже не замечаем повторного инфицирования, поскольку наша иммунная система реагирует столь быстро и столь эффективно, что инфекционные возбудители даже не успевают размножаться. Этот иммунный ответ обеспечивается системой приобретенного иммунитета. Этот вид иммунного ответа является замедленным, но, как правило, очень эффективным.
Основные линии иммунной защиты
Врожденный иммунитет.
Пассивный Активный
Кожа Воспалительные клетки
Слизь НК-клетки (натуральные киллеры)
Желудочный сок Фагоцитирующие клетки
Слезы Естественные антитела
Интерфероны Система комплемента
Приобретенный иммунитет
В-лимфоциты
Т-лимфоциты
Клетки иммунной памяти
Антитела
Основные характеристики врожденного
и приобретенного иммунитета
Врожденный иммунитет Приобретенный иммунитет
Первичный контакт с микроорганиз- Контакт с микроорганизмом является
мом необязателен обязательным
Неспецифический Специфический
Повторное воздействие не влияет на Иммунологическая память усиливает
характер ответа повторный иммунный ответ
Естественные антитела Специально синтезированные антитела
Система комплемента Цитотоксические Т-лимфоциты
Фагоциты Плазматические клетки
Подобно тому, как наши врожденные физические данные определяют скорость и степень нашего атлетического развития, так и возможности нашего врожденного иммунитета во многом определяют эффективность специфического иммунного ответа. Оба вида иммунитета в одинаковой мере определяют состояние нашего здоровья, и оба являются одинаково необходимы для здорового существования. Изучая то, каким образом иммунная система использует врожденные и приобретенные иммунные реакции, мы можем лучше понять, какую роль в поддержании нашего здоровья играет иммунная система, и как мы можем укрепить ее.
Врожденный иммунитет
Клетки, обеспечивающие реакции врожденного иммунитета (клетки-киллеры), являются первой линией защиты против раковых клеток и возбудителей инфекционных заболеваний. Система врожденного иммунитета, которая представляет собой совокупность различных клеточных рецепторов, ферментов и интерферонов, обладающих противовирусными свойствами, характеризуется тем, что для развития неспецифических иммунных реакций ей не требуется предварительного контакта с инфекционным агентом. Более того, интенсивность неспецифического иммунного ответа не меняется даже в том случае, если произойдет повторная встреча с одним и тем же возбудителем. Система врожденного иммунитета настроена на неспецифические компоненты микроорганизмов. Эти компоненты являются заранее определенными, причем набор этих характеристик не зависит от того, сколько раз иммунная система встречалась с данным возбудителем.
Существует удивительно тесное сходство между системами врожденного иммунитета у самых различных животных. Это свидетельствует о том, что эволюционно самая древняя система неспецифического иммунитета имеет жизненно важное значение.
Естественные антитела всегда присутствуют в организме и для их образования не требуются внешние стимуляторы. Постоянное их присутствие необходимо потому, что эти антитела направлены против самых распространенных повреждающих агентов, наиболее часто встречающихся в нашем окружении. Естественные антитела не только являются продуктом эффективно функционирующей иммунной системы, но и сами способны активизировать реакции иммунного ответа. После того, как микробный или вирусный агент распознается организмом, начинается выработка специфических антител, являющихся уже одним из компонентов системы приобретенного иммунитета.
Система комплемента. Распознавание инфицированных или злокачественных клеток путем присоединения к ним специфических антител часто сочетается с активацией комплемента. Система комплемента является частью системы неспецифического иммунитета и обеспечивает первичную защиту против инфекционных агентов. Система комплемента выполняет три основные функции:
1.Присоединение белков комплемента к поврежденной или инфицированной клетке, которая подлежит уничтожению или удалению из организма.
2.Хемортаксис. Химические сигналы, привлекающие иммунные клетки в инфекционный очаг.
3.Образование белкового комплекса, который нарушает целостность липидной мембраны чужеродной клетки. В результате этого внутрь клетки начинает интенсивно поступать жидкость до тех пор, пока клеточная мембрана не разорвется подобно раздутому воздушному шару.
Главной функцией иммунных клеток, таких как Т-лимфоциты и клетки-киллеры является уничтожение поврежденных или инфицированных клеток. Т-лимфоциты проходят первичную подготовку (обучение) в вилочковой железе (тимусе), которая является частью системы иммунитета. Клетки-киллеры поражают любые клетки, которые не имеют характерных «опознавательных знаков», свидетельствующих о том, что эти клетки принадлежат организму. Клетки-киллеры поражают чужеродные клеточные структуры, тогда как нормальные клетки, несущие на себе характерные «опознавательные знаки», никогда не подвергаются атаке со стороны клеток-киллеров. Образно говоря, клетки-киллеры можно сравнить с батальоном Национальной гвардии, который не только защищает государство от внешней агрессии, но и стоит на страже внутреннего порядка, нейтрализуя «мятежников» внутри страны.
Клетки-киллеры играют очень важную роль в организме, и поэтому при снижении их активности могут развиться самые серьезные заболевания, такие как рак, приобретенный или врожденный иммунодефицит, тяжелые или смертельно опасные вирусные инфекции, аутоиммунные заболевания и даже поведенческие нарушения. Кроме того, в специальных исследованиях было показано, что в организме человека клетки-киллеры играют важную роль в защите против ВИЧ-инфекции, герпеса, вирусных гепатитов В и С и других вирусных инфекций. С нарушением функции клеток-киллеров связывают также целый ряд генетических нарушений, хронических и инфекционных заболеваний. Постоянно высокая активность клеток-киллеров наблюдается у человека достаточно редко.
Организм ребенка, пожилого человека или организм, находящийся в состоянии стресса, является гораздо более уязвимым в отношении развития иммунологических нарушений. Повышение активности клеток-киллеров может существенно укрепить иммунитет в этих группах населения. В период старения иммунная система человека также претерпевает ряд неблагоприятных изменений. Возрастные изменения особенно сказываются на распределении и функционировании Т-лимфоцитов, которые играют центральную роль в реакциях клеточного иммунитета. Эти изменения во многом объясняются снижением активности тимуса. Активность клеток-киллеров также снижается с возрастом. У пожилых людей клетки-киллеры обладают гораздо меньшей способностью к размножению в ответ на внешний стимул и значительно меньшей поражающей активностью.
Стресс также влияет на активность клеток-киллеров. Вполне возможно, что некоторые иммунологические нарушения связаны с хроническим процессом. Например, доказано, что травматический стресс приводит к нарушению активности клеток-киллеров, тогда как неадекватные физиологические реакции, вызванные стрессорным воздействием, могут вызывать иммунологические нарушения. Продолжительный стресс приводит к снижению активности клеток-киллеров и предполагает к более интенсивному росту опухолей.
Исследования функций клеток-киллеров продолжаются. В частности, интенсивно изучаются возможности терапевтического использования средств, модулирующих биологический ответ организма посредством воздействия на клетки-киллеры у больных раком, СПИДом, а также детей, пожилых лиц, страдающих от стресса или синдрома хронической усталости.
Приобретенный иммунитет
Приобретенный иммунитет возникает вследствие адаптации иммунной системы к чужеродным элементам, которые проникают в организм человека. Для того, чтобы адаптироваться к новой угрозе, иммунная система должна сначала распознать нарушителя, затем создать специальное оружие против него, и, наконец, сохранить в памяти информацию о данном нарушителе, чтобы своевременно отреагировать на повторное проникновение данного инфекционного агента. Оптимальное функционирование системы приобретенного иммунитета определяется тремя ключевыми моментами:
1.функционирование тимуса и созревание Т-лимфоцитов
2.образование антител
3.синтез цитокинов
Роль тимуса. Систему обучения иммунных клеток можно сравнить с системой общего образования, в которой выделяют несколько ступеней: дошкольное обучение, среднее школьное образование и высшее образование. Если следовать этому сравнению, в тимусе иммунные клетки получают дошкольное и начальное школьное образование. Поскольку эти лимфоциты созревают в тимусе, они носят название Т-лимфоцитов. К Т-лимфоцитам относятся Т-хелперы, Т-супрессоры, цитотоксические Т-лимфоциты.
Каждый класс Т-лимфоцитов выполняет свою строго определенную функцию. Т-хелперы помогают другим клеткам иммунной системы выполнять свои важные функции. Т-супрессоры контролируют степень иммунного ответа и не допускают чрезмерной активации иммунной системы. Как Т-хелперы, так и Т-супрессоры выполняют свои функции опосредованно, влияя на функции других иммунных клеток. Т-лимфоциты воздействуют непосредственно на чужеродные клетки. Во время созревания в тимусе они обучаются распознавать свои и чужие «опознавательные знаки».
Интенсивность процессов обучения иммунных клеток в тимусе является относительно низкой в детском возрасте и постепенно нарастает к моменту наступления полового созревания. После полового созревания тимус начинает уменьшаться в размерах и постепенно теряет свою иммунологическую активность на протяжении всей оставшейся жизни. Процесс утраты функций тимуса приводит к уменьшению числа подготовленных Т-лимфоцитов, что является одной из причин снижения иммунитета в пожилом возрасте.
Чтобы пояснить сказанное, отметим, что тимус осуществляет контроль над тем, чтобы иммунная система поражала только чужеродные клетки, не повреждая при этом нормальные клетки нашего организма. По мере снижения функциональной активности тимуса способность иммунной системы уничтожать чужеродные элементы постепенно снижается, тогда как возможность аутоиммунных реакций против тканей собственного организма неуклонно нарастает. Этот феномен получил название «возрастного парадокса».
Без достаточной подготовки в начальной и средней школе многие ученики будут слабо знать математику и свой родной язык, в результате чего они не смогут понимать более сложный материал на дальнейших ступенях обучения. Точно также недостаточно обученные в тимусе Т-лимфоциты будут не способны понять и правильно интерпретировать внешние сигналы, с которыми им придется столкнуться в дальнейшем.
Необходимо добавить, что способность иммунной системы к полноценному обучению и усвоению стратегий охраны здоровья может также снижаться в связи с воздействием самых разнообразных стрессирующих факторов - эмоционального стресса, инфекционных и онкологических процессов, травматического поражения и плохого питания.
Антитела - это белковые молекулы, которые синтезируются В-лимфоцитами и являются главной ударной силой иммунной системы. Антитела соединяются с антигенами, то есть с чужими «опознавательными знаками», которые имеются на чужеродных клетках. Антитела имеют особую форму, соответствующую форме каждого из антигенов. Соединяясь с соответствующими антигенами, антитела обезвреживают чужеродные элементы. Антитела имеют также и другое название – иммуноглобулины. Известно несколько классов иммуноглобулинов, каждый из них выполняет свою особую функцию в иммунной системе.
Макрофаги (дословно «большие пожиратели») – это большие иммунные клетки, которые захватывают и потом по частям уничтожают чужеродные, мертвые или поврежденные клетки. В том случае, если «поглощенная» клетка является инфицированной или злокачественной, макрофаги оставляют нетронутыми ряд ее чужеродных компонентов, которые затем используются в качестве антигенов для стимуляции образования специфичных антител. Таким образом, макрофаги выступают в качестве антиген - продуцирующих клеток. Это означает, что макрофаги специально выделяют антигены из структуры чужеродной клетки в таком виде, в котором эти антигены могут быть легко распознаны Т-лимфоцитами. Уже после этого запускаются реакции специфического иммунного ответа, в результате которых избирательно уничтожаются чужеродные или раковые клетки.
Клетки памяти (Т- и В-лимфоциты) выполняют функцию хранения иммунологической информации, которую организм получает в течение всей жизни. Именно благодаря сохранению информации о первичном контакте с чужеродной клеткой, иммунный ответ при повторном ее проникновении обычно бывает настолько эффективным, что мы даже не замечаем факта повторного заражения.
Цитокины. Помимо выработки специальных клеток в иммунной системе синтезируется целый ряд сигнальных молекул, которые носят название цитокинов. Цитокины играют очень важную роль на всех этапах иммунного ответа. Одни цитокины выступают в качестве медиаторов реакций врожденного иммунитета, а другие контролируют реакции приобретенного иммунитета. Они регулируют активацию, рост и дифференциацию клеток иммунитета.
Взаимодействие систем врожденного и
приобретенного иммунитета
Научные исследования последнего времени существенно расширили наше понимание того, каким образом системы врожденного и приобретенного иммунитета взаимодействуют друг с другом. Теперь мы знаем, что система врожденного иммунитета запускает более медленные, но более специфичные реакции в системе приобретенного иммунитета. Система комплемента является своеобразным посредником во взаимодействии обеих систем и тем самым обеспечивает непрерывность иммунного ответа. Клетки-киллеры считаются частью системы врожденного иммунитета, однако, эти клетки продуцируют целый ряд цитокинов, которые регулируют функцию Т-лимфоцитов, которые уже являются частью системы приобретенного иммунитета.
Подобно макрофагам, дендритические клетки захватывают, распознают и презентируют чужеродные антигены другим иммунным клеткам, после чего запускается синтез антител. При контакте с оболочечными вирусами, включая вирусы герпеса и ВИЧ, дендритические клетки могут также продуцировать цитокины. Эти цитокины играют важную роль в формировании иммунитета. Так, при адекватной продукции антител и цитокинов вирусы простого герпеса не имеют возможности проникнуть в ткани центральной нервной системы, где они могут сохраняться в течение нескольких лет и даже десятилетий. В противном случае, проникнув и затаившись в тканях центральной нервной системы, вирусная инфекция может обостриться в любой момент, как только ослабнет иммунная защита организма. Это лишь некоторые примеры того, как система врожденного иммунитета может взаимодействовать с системой приобретенного иммунитета.
Методы изучения иммунной системы человека
В современной жизни врач все больше стремится узнать о больном детали, неуловимые при обычном поверхностном осмотре. Поэтому все чаще сегодня пациенты получают направления в иммунологическую лабораторию. После короткого опроса и осмотра у больного берут кровь для получения иммунограммы. Что же скрыто в этом коротком термине? Очень многое! Часть сведений будет получена уже через несколько часов, другие – только спустя неделю, после того, как лимфоциты крови будут размножены в специальных питательных растворах и расскажут исследователям о генетической конституции своего хозяина больше, чем он сам о себе и даже близкие родственники о нем знают. В иммунограмме будут содержаться сведения не только о количестве Т- и В-лимфоцитов, но и соотношение их разновидностей, в этом смысле иммунологический подсчет намного превосходит по информативности обычный клинический анализ крови. Иммунологи выяснят наличие в сыворотке крови разных классов иммуноглобулинов и проверят содержание интересующих их антител. Кроме формального числа лимфоцитов, будет уточнена степень их работоспособности. Кроме общей дееспособности иммунных клеток, предстоит уточнить их чувствительность к разным лекарственным веществам. При подозрении на онкологическую опасность будет выяснено, как лимфоциты взаимодействуют с клетками интересующей нас опухоли (насколько они с ней уже знакомы – для диагноза, и как они с ней взаимодействуют – для прогноза). Капля крови оказывается достаточной, чтобы судить о наличии или состоянии клеток-киллеров. Затем по капле крови выяснят состав антигенов тканевой совместимости, что позволит в случае необходимости подобрать для больного подходящего донора (переливание крови, пересадка тканей) или даже если человек в настоящий момент здоров, обратить внимание специалистов на повышенный риск заболевания данного пациента в будущем каким-то заболеванием.
Через 7-10 дней иммунограмма готова, известно состояние реактивности организма на сегодня и ясно, на что следует обратить внимание завтра. Согласитесь, что молчаливый труд коллектива иммунологов дал очень много ценной для больного информации. И такая иммунограмма в современной иммунологической лаборатории не будущее, а реалия сегодняшнего дня. А техника иммунологической реконструкции генов, выделенных из клетки и вмонтированных в безопасные для человека бактерии, позволит предупреждать и лечить врожденные заболевания, в том числе и иммунодефицитные, а также направленно лечить аллергические заболевания.
Литература
1.Уильям Дж.Хэннен. Парадоксы иммунитета. США, 2001 г.
2.Говалло В.И. Клеточная иммунология. М.,Медицина,1991г.
3.Петров Р.В. Беседы о новой иммунологии. М.,Медицина,1986 г.
4.Шевелев А.С. Противоречия иммунологии. М.,Медицина, 1997 г.
5.Урываев Ю.В. Гармония живой регуляции. М.,Медицина, 1995 г.
6.Носсел Г. Антитела и иммунитет. М.,Медицина, 1993 г.
7.Грунтенко Е.В. Иммунитет – «за» и «против». М.,Знание, 1996 г.