Реакции и механизмы иммунитета. Иммунная реакция

– это комплексный процесс, состоящий в защите организма от проникновения чужеродных объектов, а также в устойчивости к отравляющим веществам. Такими чужеродными объектами являются бактерии и их отходы, вирусы, одноклеточные, паразитарные организмы, чужеродные ткани и органы (внедренные хирургическим путем), опухолевые клетки и т.д.

Вместе с тем иммунная реакция может происходить по разным сценариям. Вначале иммунная система блокирует деятельность чужеродных объектов (иммуногенов), создавая особые химически реактивные молекулы (иммуноглобулины), ингибирующие деятельность иммуногенов.

Иммуноглобулины создаются лимфоцитами, которые являются основными клетками иммунной системы. Существует два основных вида лимфоцитов, при совместной активности создающих все виды иммунных реакций: T-лимфоциты (T-клетки) и B-лимфоциты (B-клетки). T-лимфоциты при восприятии чужеродного материала сами осуществляют иммунный ответ – уничтожают генетически чужеродные клетки. T-лимфоциты – это основа клеточного иммунитета.

Гуморальный иммунитет

B-лимфоциты нейтрализуют чужеродные объекты дистанционно, создавая особые химически реактивные молекулы – антитела. B-лимфоциты – это основа гуморального иммунитета.

Существует пять классов антител: IgM, IgD, IgE, IgG, IgA. Основным классом иммуноглобулинов ялвятеся IgG. Антитела IgG составляют около 70% от всех антител. Иммуноглобулины IgA составляют около 20% всех антител. Антитела остальных классов составляют всего 10% от всех антител.

Когда происходит гуморальная иммунная реакция, уничтожение чужеродного материала происходит в плазме крови в виде химической реакции. Иммуноглобулины, созданные вследствие иммунной реакции, могут оставаться на многие годы и десятилетия, обеспечивая организм защитой от повторного заражения, например свинкой , ветрянкой , краснухой . Благодаря этому процессу возможна вакцинация .

T-клетки отвечают за иммунный ответ на двух уровнях. На первом уровне они способствуют обнаружению чужеродного материала (иммуногена) и активируют B-клетки к синтезу иммуноглобулинов. На втором уровне, после стимуляции B-клеток к выработке иммуноглобулинов, T-клетки начинают расщеплять и разрушать чужеродный материал напрямую.

Такая активированная T-клетка уничтожает вредоносную клетку, сталкиваясь и прикрепляясь к ней вплотную – поэтому их стали называть клетками-убийцами или T-киллерами.

Клеточный иммунитет

Клеточная иммунная защита была открыта И.И. Мечниковым в конце XIX века. Он доказал, что защита организма от заражения микроорганизмами происходит благодаря способности особых клеток крови прикрепляться и расщеплять вредоносные микроорганизмы.

Этот процесс назвали фагоцитозом, а клеток-убийц, выслеживающих чужеродные микроорганизмы – фагоцитами. Синтез иммуноглобулинов и процесс фагоцитоза являются специфическими факторами иммунитета человека.

Неспецифический иммунитет

Помимо специфических, имеются неспецифические факторы иммунитета. Среди них:
непропускание возбудителей инфекции эпителием;
присутствие в кожных выделениях и желудочном соке веществ, негативно воздействующих на инфекционные агенты;
наличие в плазме крови, слюне, слезах и т.д. особых энзимных систем, расщепляющих бактерий и вирусов (например, мурамидаза).

Защита организма осуществляется не только разрушением внедряющегося в него генетически чужеродного материала, но и выведением из органов и тканей уже локализовавшихся в них иммуногенов. Известно, что вирусы , бактерии и отходы их жизнедеятельности, а также погибшие бактерии транспортируются наружу через потовые железы, мочевыделительную систему и кишечник.

Еще одним неспецифическим механизмом защиты служит интерферон – антивирусная белковая структура, синтезируемая инфицированной клеткой. Перемещаясь по внеклеточному матриксу и попадая в здоровые клетки, этот белок защищает клетку от вируса и от системы комплемента – комплекса белков, постоянно присутствующих в плазме крови и других жидкостях организма, которые уничтожают клетки, содержащие чужеродный материал.

Защита организма ослабевает чаще всего из-за несоблюдения

Типы иммунного ответа. Иммунный ответ — это реакция организма на внедрение чуждых ему макромолекул. Вещество, способное вызвать специфический иммунный ответ, называется антигеном.

Иммуногенность антигена, т. е. способность вызывать иммунный ответ, зависит не только от его чужеродности, но и от молекулярной массы (молекулы массой менее 5000 обычно не иммуногенны), структурной гетерогенности, устойчивости к разрушению ферментами, вида животных.

В природе существует громадное множество антигенов животного, растительного и микробного происхождения. Они могут быть классифицированы по разным признакам, в том числе и по характеру специфичности (видовые, групповые, гетерогенные, стадиоспецифические в онтогенезе и др.). Примерами антигенов могут служить, в частности, антигены гистосовместимости, участвующие в распознании и устранении аномальных клеток организма или трасплантированных тканей; аллергены животного и растительного происхождения (пыльца, чешуйки кожи, волосы, перья и др.), вызывающие повышенную чувствительность организма; групповые антигены крови — глюкопротеиды, которые хотя и не вызывают образования антител в организме, но реагируют с ними in vitro.

Известны два основных типа иммунных ответов организма на антиген — гуморальный и клеточный. Ответ гуморального типа состоит в выработке антител, которые циркулируют в крови и специфически связываются с чужеродными организму молекулами. Иммунный ответ клеточного типа включает образование специализированных клеток, реагирующих с антигеном посредством его связывания и последующего разрушения. Клеточный иммунитет обращен в основном против клеточных антигенов — бактерий, патогенных грибов, чужеродных клеток и тканей (пересаженных или опухолевых).

Два основных типа иммунных реакций опосредуются разными классами лимфоцитов: за гуморальный иммунитет ответственны В-лимфоциты, за клеточный — Т-лимфоциты. У животных с удаленным в раннем возрасте тимусом нарушаются, однако, не только клеточные иммунные реакции, но и понижается способность к выработке антител. Это связано с тем, что некоторые Т-клетки «кооперируются» с В-клетками в процессе формирования гуморального иммунитета.

Механизм иммунного ответа. До стимуляции антигеном («в покое») Т- и В-лимфоциты морфологически мало различимы. Отдифференцировать их можно либо путем выявления иммуноглобулинов — рецепторов на поверхности В-лимфоцитов, либо путем определения рецепторов к бараньим эритроцитам на поверхности Т-лимфоцитов (реакция образования «эритроцитарных розеток»).

Рис. Схема участия Т- и В-лимфоцитов в клеточном и гуморальном иммунитете.

Под влиянием антигена происходят пролиферация и дифференцировка и тех и других клеток. Активированные Т-клетки трансформируются в лимфобласты, которые дают начало нескольким субпопуляциям клеток (рис. 159). Среди них активные Т-лимфощпы-«киллеры» («убийцы»), Т-лимфоцнты-супрессоры, подавляющие иммунный ответ, Т-лимфоциты-хелперы, интегрирующие иммунный ответ путем кооперации с В-лимфоцитами при выработке антител или путем стимуляции Т-клеток-киллеров. Все эти Т-клетки-партнеры обладают одинаковыми антигенными рецепторами и одинаковыми антигенами главного комплекса гистосовместимости (ГКГ). Последние представляют собой мембранные гликопротеиды клеток, обеспечивающие их иммунологическую совместимость.

Активированные Т-лимфоциты всех популяций выделяют также растворимые факторы (лимфокины), которые регулируют проявление клеточного иммунитета (супрессию, кооперацию, приобретение специфических свойств Т-лимфоцитами) и активируют фагоцитарную активность макрофагов. Примерами лимфокинов могут служить глюкопротеид интерлейкин, стимулирующий рост и пролиферацию Т-лимфоцитов, и белок интерферон, подавляющий размножение вирусов и одновременно усиливающий фагоцитоз.

Все проявления функциональных особенностей отдельных субпопуляций Т-лимфоцитов можно наблюдать in vitro, воздействуя на них особыми белковыми веществами — лекгинами, обладающими митогенной активностью.

Активированные антигеном В-лимфоциты становятся затем продуцентами антител. При первом контакте с антигеном происходит их начальная активация, или сенсибилизация. Некоторые из дочерних клеток превращаются в клетки иммунологической памяти, другие оседают в периферических лимфатических органах. Здесь они превращаются в плазматические клетки, обладающие хорошо развитым гранулярным эндоплазматическим ретикулумом. Плазматические клетки при участии Т-лимфоцитов-хелперов начинают вырабатывать антитела, которые выделяются в плазму крови.

Клетки иммунологической памяти не дают первичного иммунологического ответа, но при повторном контакте с тем же антигеном легко превращаются в клетки, секретирующие антитела. Схема опыта, подтверждающего ответственность именно лимфоцитов за узнавание чужеродных антигенов, приведена на рисунке. Облучение животных гамма-лучами приводит к гибели лимфоцитов; иммунный ответ на введение антигена у таких животных отсутствует. У облученного животного, получившего лимфоциты от нормального донора той же инбредной линии, реакция на антиген восстанавливается. У облученного животного, получившего другие (нелимфоцитарные) клетки от нормального донора, иммунный ответ не восстанавливается.

Лимфоидные клетки организма выполняют основную функцию в развитии иммунитета - невосприимчивости, не только по отношению к микроорганизмам, но и ко всем генетически чужеродным клеткам, например при пересадке тканей. Лимфоидные клетки обладают способностью отличать «свое» от «чужого» и устранять «чужое» (элиминировать).

Родоначальницей всех клеток иммунной системы явля­ется кроветворная стволовая клетка. В дальнейшем проис­ходит развитие двух типов лимфоцитов: Т и В (тимусзависимых и бурсазависимых). Эти названия клетки получили в связи с их происхождением. Т-клетки развиваются в тимусе (зобной, или вилочковой железе) и под влиянием веществ, выделяемых тимусом, в периферической лимфоидной ткани.

Название В-лимфоциты (бурсазависимые) произошло от слова «бурса» - сумка. В сумке Фабрициуса у птиц развиваются клетки, сходные с В-лимфоцитами человека. Хотя у человека не найдено органа, аналогичного сумке Фабрициуса, название связано с этой сумкой.

При развитии В-лимфоцитов из стволовой клетки они проходят несколько стадий и преобразуются в лимфоци­ты, способные образовывать плазматические клетки. Плазматические клетки в свою очередь образуют антите­ла и на их поверхности имеются иммуноглобулины трех классов: IgG, IgM и IgA.

Иммунный ответ в виде продукции специфи­ческих антител происходит следующим образом; чужерод­ный антиген, проникнув в организм, прежде всего фагоцитируется макрофагами. Макрофаги, перерабатывая и кон­центрируя антиген на своей поверхности, передают инфор­мацию о нем Т-клеткам, которые начинают делиться, «созревают» и выделяют гуморальный фактор, включа­ющий в антителопродукцию В-лимфоциты. Последние также «созревают», развиваются в плазматические клет­ки, которые и синтезируют антитела заданной специфич­ности.

Так, соединенными усилиями макрофаги, Т - и В-лимфоциты осуществляют иммунные функции организма - защиту от всего генетически чужеродного, в том числе и от возбудителей инфекционных болезней. Защита с по­мощью антител осуществляется таким образом, что синте­зированные к данному антигену иммуноглобулины, соеди­няясь с ним (антигеном), подготавливают его, делают чувствительным к разрушению, обезвреживанию различ­ными естественными механизмами: фагоцитами, компле­ментом и пр.

Теории иммунитета. Значение антител в развитии иммунитета неоспо­римо. Каков же механизм их образования? Этот вопрос в течение длительного времени является предметом споров и обсуждений.

Создано несколько теорий антителообразования, которые можно разделить на две группы: селективные (селекция - отбор) и инструктив­ные (инструктировать-наставлять, направлять).

Селективные теории предполагают существование в организме уже готовых антител к каждому антигену или клеток, способных синтезировать эти антитела.

Так, Эрлих (1898) предполагал, что клетка имеет готовые «рецепто­ры» (антитела), которые соединяются с антигеном. После соединения с антигеном, антитела образуются еще в большем количестве.

Такого же мнения придерживались создатели других селективных теорий: Н. Ерне (1955) и Ф. Вернет (1957). Они утверждали, что уже в организме плода, а затем и во взрослом организме имеются клетки, способные к взаимодействию с любым антигеном, но под влиянием определенных антигенов определенные клетки вырабатывают «нужные» антитела.

Инструктивные теории [Гауровитц Ф., Полинг Л., Ландштей-нер К., 1937-1940] рассматривают антиген, как «матрицу», штамп, на котором формируются специфические группировки молекулы антител.

Однако эти теории не объясняли всех явлений иммунитета и в настоящее время наиболее принятой является клонально-селекционная теория Ф. Бернета (1964). Согласно этой теории в эмбриональном периоде в организме плода имеется множество лимфоцитов - клеток-предшественников, которые при встрече с собственными антигенами разрушаются. Поэтому во взрослом организме уже нет клеток для выработки антител к собственным Антигенам. Однако, когда взрослый организм встречается с чужеродным антигеном, происходит селекция (отбор) клона иммунологически активных клеток и, они вырабатывают специфические антитела, направленные против данного «чужого» антиге­на. При повторной встрече с этим антигеном клеток «отобранного» клона уже больше и они быстрее образуют большее количество антител. Эта теория наиболее полно объясняет основные явления иммунитета.

Механизм взаимодействия антигена и антител имеет различные объяснения. Так, Эрлих уподоблял их соедине­ние реакции между сильной кислотой и сильным основани­ем с образованием нового вещества типа соли.

Бордэ считал, что антиген и антитела взаимно адсорби­руют друг друга подобно краске и фильтровальной бумаге или йоду и крахмалу. Однако эти теории не объясняли главного - специфичности иммунных реакций.

Рис.67Схематическое изображение взаимодействия антител и

антигена. д - по схеме Маррека; Б - по схеме, Полинга. Структура комплекса: а - при оптимальных соотношениях; б - при избытке антигена; в - при избытке антител.

Наиболее полно механизм соединения антигена и анти­тела объяснен гипотезой Маррека (теория «решетки») и Полинга (теория «фермы») (рис. 33). Маррек рассматрива­ет соединение антигена и антител в виде решетки, в которой антиген чередуется с антителом, образуя решет­чатые конгломераты. Согласно гипотезе Полинга (см. рис. 33) антитела имеют две валентности (две специфиче­ские детерминанты), а антиген несколько валентностей - он поливалентен. При соединении антигена и антител образуются агломераты, напоминающие «фермы» по­строек.

При оптимальном соотношении антигена и анти­тел образуются большие прочные комплексы, видимые простым глазом. При избытке антигена каждый активный центр антител заполнен молекулой антигена, не хватает антител для соединения с другими молекулами антигена и образуются мелкие, невидимые глазом ком­плексы. При избытке антител, для образования решетки не хватает антигена, детерминанты антител отсут­ствуют, и видимого проявления реакции нет.

На основании изложенных теорий специфичность реак­ции антиген - антитело сегодня представляют как взаимо­действие детерминантной группы антигена и активных центров антитела. Так как антитела формируются под воздействием антигену, их структура соответствует детерминантным группам антигена. Детерминантная группа антигена и фрагменты активных центров антитела имеют противоположные электрические заряды и, соединяясь, образуют.комплекс, прочность которого зависит от соот­ношения компонентов и среды, в которой они взаимодей­ствуют.

Учение об иммунитете - иммунология - достигло за последние десятилетия больших успехов. Раскрытие зако­номерностей иммунного процесса позволило решить раз­личные задачи во многих областях медицины. Разработа­ны и совершенствуются методы предупреждения многих инфекционных заболеваний; лечения инфекционных и ряда других (аутоиммунных, иммунодефинитных) болез­ней; предупреждения гибели плода при резус-конфликтных ситуациях; трансплантации тканей и орга­нов; борьбы со злокачественными новообразованиями; иммунодиагностики - использования реакций иммунитета в диагностических целях.

Реакции иммунитета - это реакции между антигеном и антителом или между антигеном и сенсибилизированными лимфоцитами, которые происходят д живом организме и могут быть воспроизведены в лабораторных усло­виях.

Реакции иммунитета вошли в практику диагностики инфекционных болезней в конце XIX-начале XX века. В силу высокой чувствительности (улавливают анти­гены в очень больших разведениях) и, главное, строгой специфичности (позволяют отличить близкие по со­ставу антигены) они нашли широкое применений в реше­нии теоретических и практических вопросов медицины и биологии. Этими реакциями пользуются иммунологи, микробиологи, инфекционисты, биохимики, генетики, мо­лекулярные биологи, экспериментальные онкологи и вра­чи других специальностей.

Реакции антигена с антителом называются сероло­гическими (от лат. serum - сыворотка) или гумораль­ными (от лат. humor-жидкость), потому что участву­ющие в них антитела (иммуноглобулины) всегда находятся в сыворотке крови.

Реакции антигена с сенсибилизированными лимфоцитами называются клеточными.

Рис.68 Взаимодействие антигенов с антителами

Рис.69 Схема иммунного ответа.

Предположение об отсутствии единого механизма аллергии к молоку было высказано Vendel еще в 1948 г. Автор отмечал быструю и замедленную реакции на коровье молоко у больных с идиосинкразией к этому продукту. За последние годы наши знания об иммунных механизмах, лежащих в основе пищевой аллергии, расширились, но многие вопросы все еще остаются неясными. Трудности в известной мере связаны с тем обстоятельством, что циркулирующие антитела к белкам коровьего молока часто обнаруживают у совершенно здоровых людей и не выявляют у ряда больных с симптомами, явно укладывающимися в картину аллергии к молоку. По сути этот факт не должен вызывать удивления, поскольку антитела выполняют защитную функцию в организме, если количество их остается в пределах нормы, а иммунная система в целом хорошо сбалансирована. Согласно современным представлениям, в основе пищевой аллергии и других видов гиперчувствительности, как правило, лежит именно нарушение баланса иммунных механизмов. Имеющиеся данные свидетельствуют в пользу того, что большинство иммунных реакций, включая аллергические, не обусловлены каким-либо одним иммунным механизмом.

Наиболее принятая классификация механизмов аллергии разработана Gell и Coombs ; авторы выделяют четыре основных типа реакций:
Тип I. Повышенная чувствительность анафилактического или немедленного типа. Реакция этого типа возникает в результате взаимодействия между аллергеном или антигеном и специфическим к нему IgE антителом (или короткоживущим IgG) на поверхности тучных клеток с последующим высвобождением химических медиаторов, которые увеличивают местный кровоток, проницаемость сосудов и стимулируют приток различных клеток к месту реакции.

Тип II. Цитотоксическая, или цитолитическая реакция. При реакции этого типа антитела (обычно IgG или IgM классов) реагируют с антигенным компонентом клетки. Антиген может быть частью клеточной структуры; возможно также, что экзогенный антиген или гаптен адсорбированы на поверхности клетки. Связывание и активация комплемента, как правило, участвуют в цитолитическом повреждении ткани.

Тип III. Реакция типа феномена Артюса, или иммунных комплексов. Антиген (обычно при его избытке) реагирует со специфическим антителом (IgG или IgM), затем происходит связывание с комплементом и образование циркулирующих иммунных комплексов. Последние вызывают васкулиты, местную воспалительную реакцию и повреждение ткани. Высвобождаемые комплементом хемотаксические факторы стимулируют приток к месту реакции полиморфно-ядерных лейкоцитов, которые частично разрушаются и в свою очередь высвобождают протеолитические ферменты, приводящие к дальнейшему повреждению ткани.

Тип IV. Повышенная чувствительность замедленного типа, или реакция клеточного иммунитета. Сенсибилизированные Т-лимфоциты мигрируют к месту скопления антигенов и реагируют с клеткой-мишенью или микроорганизмом, в котором находится антиген. Одновременно Т-клетки высвобождают разнообразные реактивные вещества, называемые лимфокинами, которые способствуют развитию иммунных реакций и нередко участвуют в повреждении ткани.