3. Математичне моделювання в імунології

3.1. Основні компоненти імунної відповіді

Для побудови моделі імунної відповіді [1-3], розглянемо основні його компоненти та механізм дії [4]. Імунна система (ІС) – це сукупність всіх лім-фоїдних органів і запасів лімфоїдних клітин, що включає в себе тимус (вилкову залозу), селезінку, лімфатичні вузли, лімфоцити кісткового мозку та периферійної крові. Основною функцією ІС є захист організму від живих тіл і речовин, які несуть на собі ознаки генетично чужої інформації (бактерії, віруси, клітини, тканини, змінені власні клітини, зокрема, ракові тощо). Узагальна їх назва – антигени. Вважається, що попередники імуноком-петентних клітин (лімфоцитів і лейкоцитів), так само як і попередники клітин крові, продукуються у кістковому мозку. Одна частина таких клітин, попадаючи у вилкову залозу (тимус), спричиняє розвиток клону Т-лімфоцитів, які профілюються і диференціюються у Т_n –лімфоцити-помічники, Т_e –лімфоцити-ефектори (кіллери) і Т_s- лімфоцити-супроцесори (рис. 3.1).

Рис.3.1. Схема диференціювання S-клітини.

Інша частина клітин кісткового мозку породжує попередників В-лімфоцитів, які трансформуються у зрілі В-лімфоцити. Частина клітин, залишаючись у кістковому мозку, формуються у зрілі макрофаги, які здатні до активного захоплення та нейтралізації антигенів, та інші типи лейкоцитів периферійної крові. Кожна із популяцій Т-лімфоцитів виконує свою власну функцію в імунному процесі. Так, Т_n-помічники вступають у взаємодію зі специфічним антигеном і сприяють трансформації В-клітин у плазматичні клітини. Лімфоцити-ефектори T_e в основному відповідальні за генетичну “чистоту” клітин власного організму. Вони знищують клітини, які переродились або змінили свою генетичну структуру внаслідок мутацій чи ураження антигеном. Т-супроцесори підтримують рівень нечутливості до власних антигенів організму, наприклад кишкових бактерій.

В-лімфоцити і макрофаги також диференціюються за різними функціями, але в простій моделі імунної відповіді їх можна вважати однорідними популяціями. У здоровому організмі постійно відбувається утворення плазматичних клітин, які продукують імуноглобуліни (антитіла), що здатні зв’язувати й нейтралізувати антигени.

Розглянемо найбільш простий механізм імунної реакції на проникнення в організм антигенів. Бактеріальне або вірусне захворювання перш за все передбачає період прихованого розвитку хвороби, коли антигени, що прони-кли в організм, розмножуються, не зустрічаючи з боку IC досить вираженої реакції. У цей період IC налаштовується на нейтралізацію специфічного антигена. Процес антитілогенезу ініціюється сумісною роботою трьох типів клітин: макрофагів, B-лімфоцитів і T-лімфоцитів. Встановлено, що головною клітиною, яка подає антиген лімфоцитам, є макрофаг. Антигени (V), зустрічаючись із макрофагами M, поглинаються ними, після чого макрофаги формують “обойму” із антигенних детермінант на своїй поверхні (рис.3.2).

Рис.3.2. Формування “обойми” антигенних детермінант на поверхні макрофага

Макрофаги М подають цю “обойму” В-лімфоцитам і в результаті чого відбувається зв’язування антигенних детермінант V із поверхневими рецепторами В-лімфоцитів імуноглобулінової природи (IgM, IgC) (рис.3.3).

Рис.3.3. Подача макрофагами детермінант В-лімфоциту

У присутності Т_n-помічника, активованого антигеном, відбувається стимулювання В-лімфоцита, який починає ділитися і диференціюватися, утворюючи плазматичні клітини (рис. 3.4). Такий каскадний процес утворення клону плазматичних клітин,як зазначено в [5], триває від кількох годин до кількох днів (рис.3.5).

Зокрема, для вірусів грипу інкубаційний період складає від 1 до 5 діб в залежності від дози зараження і статусу імунної системи. Початкова доза вірусів. Через 1-3 доби їх кількість складає . У перші години після зараження вірус грипу закріплюється на епітелії носоглотки. Якщо вірус проникає в ядро клітини, то така клітина здатна відтворити до 10 тис. нових вірусів. За кілька годин вірус встигає заразити близько 5 тис. клітин носоглотки. Вірус грипу найбільш активний при температурі 36.6^. Ріст температури пригнічує віруси. Тому вживання значної кількості гарячих напоїв є важливим антигриповим засобом.

Рис.3.4.Стимулювання В-лімфоцита Рис.3.5. Утворення клону

плазматичних клітин

Отже, згідно з такою схемою, для включення В-лімфоцитів у процес анти-тілогенезу потрібен комплекс сигналів, утворений зв’язуванням поверхневих рецепторів із антигеном за участю Т_n-помічників. Зв’язування поверхневих рецепторів В-лімфоцита і дію T_n-лімфоцита будемо розглядати як один сигнал і визначати кількістю комплексів антигена з Ig-рецепторами В-лімфоцита і називати VF-комплексом. Після завершення процесу розпізнавання і утворення каскаду плазмоклітин відбувається активна нейтралізація антитілами (Ig) антигенів. Такий імунний процес із утворенням антитіл називається гуморальним. Є ще клітинний імунітет, який здійснюється за допомогою Т_k-лімфоцитів (кіллерів), які знищують клітини чужі для організму або ті, що переродились.