Иммунологическая реактивность План:

1. Неспецифическая (естественная) резистентность организма.

2. Иммунологическая реактивность. Иммунитет инфекционный и неинфекционный.

3. Антигены как индукторы иммунного ответа.

4. Иммунокомпетентные органы. Т- и В- системы иммунитета.

5. Структура и функции иммуноглобулинов.

6. Механизмы формирования иммунного ответа.

7. Иммунологическая толерантность.

1. Неспецифическая (естественная) резистентность организма

В реакциях обнаружения и устранения чужеродных структур участвуют, помимо иммунокомпетентных клеток, клеточные и гуморальные факторы (конституциональные) системы неспецифической защиты организма. Конституциональные факторы относятся к эволюционно наиболее древним. Они крайне многообразны, а механизмы их функционирования вариабельны; все эти факторы объединяет неспецифичность действия.

В процессе эволюции у животных выработались системы защиты, существующие в организме в готовом виде с ранних этапов онтогенеза и имеющие более универсальный механизм разрушения микроорганизмов – естественная неспецифическая резистентность – врожденные (конституциональные) внутренние механизмы поддержания генетического постоянства организма, обладающие широким диапазоном противомикробного действия.

Факторы неспецифической резистентности подразделяют на механические, физико-химические и иммунобиологические.

Механические барьеры. Кожа и слизистые оболочки эффективно защищают организм животных от патогенов. Необходимое условие проникновения многих возбудителей – микротравмы кожи и слизистых, либо укусы кровососущих насекомых.

Кожные покровы снабжены «неприступным» многослойным эпителием. Эта линия обороны подкреплена секретами кожных желёз и постоянным слущиванием отмерших слоёв эпидермиса. Нарушение целостности эпидермиса (например, травмы, ожоги) – серьезная предпосылка для микробных инвазий, особенно при контактах с инфицированными субстратами (почва). Помимо барьерной роли кожа снабжена мощной системой иммунной защиты (лимфоциты, клетки системы мононуклеаров).

Слизистые оболочки могут иметь специальные анатомические структуры (например, реснички в мерцательном эпителии трахеи). Погруженные в слизь реснички формируют волны однонаправленных колебаний и перемещают слизь с заключенными в ней частицами вверх, к выходу из дыхательных путей, по поверхности эпителия (процесс мукоцилиарного транспорта).

Физико-химические факторы. Механические барьерные свойства кожи дополняются секретами кожных желез; последние проявляют прямую бактерицидную активность, либо снижают рН кожи до неблагоприятных значений за счет секреции кислот (уксусной, молочной и др.) (табл.1).

Некоторые конституциональные защитные барьеры

Ткани или органы	Типы клеток		Механизмы элиминации микроорганизмов
Физические
Кожа	Эпидермис (также многослойный эпителий слизистых оболочек)	Механическая задержка, слущивание клеточных слоев
Слизистые оболочки	Каёмчатый эпителий	Ингибирование адгезии микроорганизмов
	Мерцательный эпителий	Мукоцилиарный транспорт
	Разные эпителии	Механическая задержка и смывание слюной, слёзной жидкостью, секретами
	Секреторные	Выделение секрета, смывающего микробы
Химические
Кожа	Потовые и сальные железы	Органические кислоты (закисление среды)
Слизистые оболочки	Париетальные клетки желудка	Соляная кислота (бактерицидное действие)
	Секреторные клетки	Бактерицидные и бактериостатические вещества
	Полиморфноядерные лейкоциты	Лизоцим, свободные радикалы, лактоферрин
Легкие	Альвеолоциты	Сурфактант
	Альвеолярные макрофаги	Фагоцитоз
Верхний отдел ЖКТ	Слюнные железы	Тиоцианаты
	Полиморфноядерные лейкоциты	Лизоцим, миелопероксидаза, лактоферрин, катионные белки
Нижний отдел ЖКТ	Жёлчь	Жёлчные кислоты
	Нормальная микрофлора	Токсичные низкомолекулярные жирные кислоты

Слизистые оболочки имеют множество защитных факторов – от кислых значений рН желудка до секреции ферментов и АТ.

Слизь. Слизистые оболочки покрыты слоем слизи – организованной гелеобразной гликопротеиновой структуры, задерживающей и фиксирующей различные объекты, в том числе микроорганизмы. Слизь гидрофильна; через неё могут диффундировать многие образующиеся в организме вещества, в том числе бактерицидные (лизоцим, пероксидаза).

Лизоцим. В отделяемом слизистых оболочек содержится лизоцим – фермент, лизирующий клеточные стенки преимущественно грамположительных бактерий. Имеется лизоцим и в слюне, слезной жидкости (см. ниже).

Сурфактант. В нижних участках воздухоносных путей и легких слизи нет, но поверхность эпителия покрыта слоем сурфактанта – поверхностно-активного вещества, способного фиксировать и уничтожать грамположительные бактерии.

Иммуноглобулины. На поверхность эпителия ЖКТ и респираторного тракта постоянно выделяются молекулы секреторного IgА.

Если возбудитель преодолевает поверхностные барьеры, его встречают факторы второй, иммунобиологической линии неспецифических защитных механизмов. Их принято подразделять на клеточные и гуморальные. Комплекс конституциональных механизмов защиты тканей – эволюционно древняя форма организованной защиты – предшественник индуцированных (иммунных) реакций. Подтверждением этому является то, что значительная часть конституциональных компонентов защиты находится в тканях в неактивной форме. Их активацию вызывают различные медиаторы воспаления. Ключевую роль в неспецифической защите внутренней среды организма играют комплемент и фагоцитирующие клетки. Их активность во многом дополняют различные биологически-активные вещества (БАВ).

Клеточные факторы естественной резистентности (ЕР) участвуют в защите организма путем фагоцитоза и подразделены И.И. Мечниковым на макро- и микрофаги.

Клеточная система, включающая «профессиональные» макрофаги, обозначается как система мононуклеарных фагоцитов и состоит из промоноцитов, моноцитов и собственно макрофагов. Мононуклеарные фагоциты, включенные в эту систему, берут начало от костномозговых предшественников, транспортируются в периферическую кровь как моноциты. Затем через капиллярные стенки выходят в ткани, где становятся тканевыми макрофагами – гистиоцитами, купферовскими клетками, альвеолярными, свободными и фиксированными макрофагами лимфатических узлов, костного мозга, микроглии, серозных полостей и остеокластами.

Микрофаги представлены гранулоцитами – обычно зрелыми нейтрофилами и реже – эозинофилами.

Процесс фагоцитоза протекает стадийно: направленное перемещение клеток к объекту фагоцитоза (хемотаксис), захватывание и переваривание объекта фагоцитоз (см. «Воспаление»).

В настоящее время к клеточным факторам ЕР относят систему естественной (спонтанной) цитотоксичности, главную роль в которой играют естественные (натуральные) киллеры – ЕК-, или NК-клетки. В крови их в среднем содержится 15% от числа лимфоцитов.

ЕК-клетки играют важную роль в защите организма от опухолевого роста, метастазов опухоли и вирусных инфекций, в отторжении трансплантата. ЕК-клетки вызывают лизис клеток-мишеней, независимый от антител и комплемента и в то же время они не обладают способностью к фагоцитозу. Гранулы ЕК-клеток содержат белок перфорин, а также гранзимы, обусловливающие индукцию апоптоза при проникновении в клетку-мишень. Распознавание и уничтожение ЕК-клетками клеток-мишеней не требует предварительной сенсибилизации (иммунизации) и не сопровождается образованием клеток памяти.

ЕК-клетки имеют специфические маркёры СD (кластеры дифференцировки), т.е. не экспрессируют ни Т-кл., ни В-кл. антигенсвязывающих рецепторов. ЕК-клетки занимают как бы промежуточное положение между макрофагами и Т-киллерами, одновременно имея с ними и сходство, и различия.

Гуморальными факторами ЕР являются естественные, или нормальные, иммуноглобулины; лизоцим; β-лизины; комплемент; пропердин.

Естественные, или «нормальные» иммуноглобулины (антитела) определяются в низких титрах, однако их иммунологическая роль довольно выражена, особенно по отношению к инфекционным агентам

Считают, что естественные антитела появляются в результате так называемой неприметной иммунизации возбудителями или антигенами, поступающими с кормом, либо в результате спонтанного (генетически обусловленного) образования. Возможно, что у молодняка естественными иммуноглобулинами являются Ат, поступившие трансплацентарно или с молозивом матери.

Естественные антитела служат источником хемотаксических пептидов, являются опсонинами, входят в рецепторный аппарат лимфоцитов и фагоцитов и в комбинации с комплементом вызывают лизис микроорганизмов.

Лизоцим – фермент, обладающий мурамидазной активностью, т.е. способен расщеплять аминополисахаридные соединения муреина – основного вещества клеточной стенки бактерий. Открыт П.Н. Лащенковым (1909) в яичном белке. По химической структуре – полипептид, устойчив к непродолжительному кипячению. Содержится в наибольшем количестве в белке куриного яйца, слезной жидкости (концентрация в 150 раз выше, чем в сыворотке крови), слюне, околоплодных водах и оболочках; содержится в молоке коров.

Основная масса лизоцима синтезируется тканевыми макрофагами (постоянно в процессе жизнедеятельности) и нейтрофилами (после их разрушения).

Функциями лизоцима являются:

1. Бактерицидное действие. Так как у грам+ бактерий стенка представлена одним слоем мукополисахарида, то лизоцим по отношению к ним проявляет самостоятельную активность. В отношении грам– бактерий он действует совместно с комплементом цитолитически.

2. Стимуляция фагоцитоза.

3. Нейтрализация некоторых микробных токсинов.

4. Противовоспалительное действие.

Активность лизоцима проявляется как in vivo, так и in vitro, что используется в лабораторной практике.

β-лизины – термостабильный бактерицидный фактор, выделяется тромбоцитами в процессе свертывания крови; проявляет неспецифическое бактерицидное действие по отношению к грам+ бактериям в отсутствии комплемента. Назван β-лизином A.Petterson (1936).

Комплемент. В конце ХΙХ в. в свежей сыворотке крови позвоночных было обнаружено термолабильное вещество с бактериолитическими свойствами. (Особенно много С. в крови морской свинки). Первоначально Бюхнер назвал его алексином («защитным»). П. Эрлих переименовал алексин в комплемент (для описания «дополнительной», присутствующей в сыворотке активности, без которой специфические антитела не могут лизировать бактерии), а Бурде и Жангу выделили комплемент (С.) в самостоятельную иммунологическую единицу.

Синтезируется С. преимущественно мононуклеарами. Комплемент состоит из примерно 20 компонентов (преимущественно β-глобулинов), рассматривается как комплекс проэнзимов, требующих активации. Система С. (С1…..С9) действует последовательно, т.е. каскадом, в котором каждый фермент катализирует активность следующего. Наиболее важный компонент С3 (содержится в сыворотке крови в такой же концентрации, что и некоторые иммуноглобулины – 1-2 мг/мл).

Существует 2 главных пути активации С. Все пути ведут к образованию конвертазы, расцепляющей С3 на С3а и С3b, – это центральный момент любого из путей активации.

Классический путь активации комплемента осуществляется комплексом Аг-АТ. Включает каскад ферментативных реакций, приводящий к последовательной активации всех компонентов С., начиная с первого. Конечный продукт С5-9 оказывает цитотоксическое действие на клетки-мишени (клетки тканей, микробы с фиксированными на них АТ). Различные компоненты С. участвуют в развитии различных феноменов воспалительной реакции (см. ниже). Биологический смысл активации заключается в подключении к иммунным (специфическим) реакциям неспецифических механизмов защиты – фагоцитоза, воспаления.

Альтернативный (обходной) путь активации комплемента – важнейший механизм противоинфекционной защиты. Включается без участия иммунных механизмов. Бактериальные полисахариды (зимозан) активизируют поздние компоненты комплемента, начиная с С3.

В защите от инфекции эффективно именно сочетание обоих путей активации, связь которых осуществляется через С3b.

Два главных пути активации С. отражают особенности его участия в реакциях врожденного и приобретенного иммунитета. Классический путь связан с приобретенным иммунитетом, поскольку белок С1q взаимодействует с антителами, образовавшими комплекс с антигеном. Альтернативный путь активации относится к механизмам врожденного иммунитета, начинаясь иммунонеспецифическим связыванием С3b с поверхностью микроорганизма.

Присоединяя дополнительно молекулу С3b , обе С3-конвертазы могут превращаться в конвертазу С5, которая является катализатором каскада, ведущего к образованию мембраноатакующего, или лизирующего, или литического комплекса – С5b-9. Этот комплекс (литический «зонд», или порообразующая молекула) способен образовывать поры в мембране атакуемой клетки-мишени, вызывая ее лизис.*

* Полимеризация гидрофобных молекул для образования пор в мембране – это обычный механизм клеточной цитотоксичности. Т-лимфоциты поражают клетки-мишени, погружая в их мембраны порообразующие молекулы – перфорины. Перфорины структурно гомологичны С9. Подобные же молекулы найдены в гранулах эозинофилов (катионные белки эозинофилов).

В других случаях присоединение к клетке-мишени мембраноатакующего комплекса ведет к дегрануляции клетки и высвобождению БАВ (например, гистамина).

Биологические эффекты комплемента условно подразделяются на полезные и вредные для организма.

Полезные эффекты комплемента.

1. Участие С. в воспалении:

А) опсонизация микроорганизмов и иммунных комплексов – стимуляция фагоцитоза в результате прикрепления белков комплемента к поверхности мишеней (микробов, иммунных комплексов и др.). Обладая рецепторами к опсонирующим белкам (фрагменты С3b), фагоциты прилипают к клеткам-мишеням, что вызывает активацию фагоцитов и эндоцитоз или фагоцитоз мишеней.

Б) активация лейкоцитов – для полиморфно-ядерных гранулоцитов и макрофагов мелкие фрагменты С (С3а и С5а – анафилотоксины, см. ниже) являются хемоаттрактантами и активаторами лейкоцитов, усиливающими дегрануляцию и респираторный взрыв в лейкоцитах.*

В) лизис клеток-мишеней путем внедрения в мембрану микробной клетки лизирующего комплекса.

2. С. способен отличать «свое» от «не-своего». Такая дифференциация обеспечивается присутствием на собственных клетках организма регуляторных молекул, подавляющих активацию С., ограничивающих отложение С3b.

3. Интенсивное удаление иммунных комплексов из организма – анафилотоксин (субкомпоненты С3 и С5 комплемента) увеличивает порозность капилляров, чем и способствует выведению аллергенов и иммунных комплексов из кровотока.

4. Индукция и усиление гуморального иммунного ответа путем облегчения контакта и взаимодействия антигенпрезентирующих клеток и В-л. с антигеном. Организмы с наследственным дефицитом С3 страдают нарушением продукции антител, что проявляется частыми инфекциями, вызванными гноеродными бактериями.

Патогенные эффекты комплемента

С. участвует в развитии аллергических реакций. Системная активация С., например, при сепсисе, вызванном грамотрицательными бактериями, приводит к образованию анафилотоксинов (С5а и С3а). Анафилотоксины увеличивают порозность кровеносных сосудов, вызывают сокращение гладких мышц. Развивается состояние, напоминающее анафилаксию – сердечно-сосудистый коллапс, бронхоспазм.

Активация С. вследствие образования иммунных комплексов in vivo является причиной повреждения тканей – болезни иммунных комплексов (мембранозный нефрит, «легкое фермера», см. «Патологию иммунитета»).

Свиньи, лошади, КРС имеют слабоактивные ранние компоненты комплемента, поэтому у них основной путь активации – альтернативный, причем имеется природный альтернативный механизм – пропердиновый.

Пропердин (лат. pro и perdo – губить, разрушать; подготавливать к разрушению) открыт Pillemer (1954). Является β-глобулином, в крови находится в неактивной форме. Активизируется под действием иммуноглобулинов IgА, полисахаридов микроорганизмов (ЛПС, зимозан). Является проактиватором комплемента – участвует в расщеплении С3 с образованием С3b, обладающего выраженными антимикробными свойствами, являющегося мощным стимулятором фагоцитоза.

В этом и заключается сущность альтернативного пути активации С.

Комплекс пропердин + комплемент + Мg2⁺ составляет систему пропердина.

Лактоферрин – негеминовый гликопротеид с железосвязывающей активностью, т.е. он связывает два атома трехвалентного железа, конкурируя с микроорганизмами, из-за чего их рост ингибируется.

Лактоферрин синтезируется полиморфно-ядерными лейкоцитами и клетками железистого эпителия. Он отсутствует в сыворотке крови и является специфическим компонентом секрета желез – молочной, слезных, слюнных, пищеварительного, дыхательного, мочеполового трактов и др. Лактоферрин считается фактором местного иммунитета, защищающим от инфекций эпителиальные покровы; лактоферрин определяет противомикробные свойства коровьего молока.

Интерфероны – группа белков с противовирусным действием, вырабатываемых эукариотическими клетками в ответ на внедрение в них вирусов. Впервые описаны Isaacs и Lindeman (1957).

В отличие от специфических противовирусных антител, интерферон действует на различные вирусы, быстро появляется в клетках после внедрения вируса. Противовирусное действие интерферона основывается на подавлении соединения вирусной РНК с рибосомами клетки, что приводит к невозможности репродукции вируса в клетке.

Наиболее выраженное ингибирующее действие интерферона проявляется в том случае, если он введен до заражения организма или в самом начале репродукции патогенного вируса. Присутствие интерферона в начальном периоде заражения вирусом наиболее эффективно, т.к. он проявляет защитное действие еще до образования нейтрализующих антител.

Интерфероны действенны в отношении многих вирусов, не вызывают значимого токсического последействия в отношении клеток хозяина, не образуют селективно резистентных к ним мутантов вирусов.

Итак, основа ЕР живых организмов – действие неспецифических механизмов, в большинстве своем реагирующих на повреждение тканей воспалительными реакциями.