- •Иммунологическая реактивность План:
- •1. Неспецифическая (естественная) резистентность организма
- •Некоторые конституциональные защитные барьеры
- •2. Иммунологическая реактивность. Иммунитет инфекционный и неинфекционный
- •3. Антигены как индукторы иммунного ответа
- •4. Иммунокомпетентные органы. Т- и в- система иммунитета
- •5. Структура и функции иммуноглобулинов
- •6. Механизмы формирования иммунного ответа
- •5. Иммунологическая толерантность
- •Ι. Распознавание антигена
- •Гуморальный иммунный ответ
- •Клеточный иммунный ответ
- •Ιι. Реакции, направленные на устранение антигена
- •7. Иммунологическая толерантность
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.