Специфические механизмы защиты. Антигены. Антитела.

Специфические механизмы защиты (приобретенный иммунитет, иммунный ответ) предпола­гают распознавание клетками иммунной системы генетически чужеродных субстанций (антигенов) и специфическое реагирование на них, которое может проявляться в виде нескольких реакций:

• образование антител (иммуноглобулинов)

• иммунологическая память

• иммунологическая толерантность (специфическая безответность)

• гиперчувствительность немедленного типа (аллергия)

• гиперчувствительность замедленного типа (аллергия)

• идиотип-антиидиотипическое взаимодействие. Эти реакции и в целом иммунный ответ яв­ляются функцией иммунной системы.

Иммунная система - это совокупность всех лимфоидных органов и клеток, образующих единый диффузный орган иммунитета. Клетки этого органа постоянно циркулируют с кровотоком по всему телу. Главной клеткой иммунной системы является лимфоцит. Центральные органы им­мунитета - тимус (вилочковая железа) и костный мозг. В них происходит дифференциация, т.е. развитие и "обучение" лимфоцитов, которые становятся, соответственно, Т-лимфоцитами и В-лимфоцитами. Периферические органы иммунитета - селезёнка, лимфоузлы, лимфатические фол­ликулы /бляшки/, циркулирующие в крови лимфоциты. В этих органах происходит формирование конкретного иммунного ответа. Иммунный ответ осуществляют иммуно-компстентные клетки (иммуноциты), т.е. Т-лимфоциты, В-лимфоциты и макрофаги, в ходе их кооперации с участием медиаторов (химических посредников).

Различают гуморальный иммунный ответ (выработка антител) и клеточный иммунный ответ связанный с накоплением сенсибилизированных Т-лимфоцитов (гиперчувствительность замедлен­ного типа и др.).

Иммунный ответ контролируют гены I-области 6-й пары хромосом человека. Пусковым механизмом для любой иммунологической реакции является контакт иммунной системы с антиге­ном.

Антигенами называют вещества, которые несут признаки генетической чужеродности и при введении в организм вызывают развитие иммунологических реакций. Если вещество вызывает развитие аллергии, его называют аллергеном. Условия, при которых вещество может быть антиге­ном:

1) чужеродность (по отношению к иммунной системе конкретного организма)

2. достаточно большая молекулярная масса (более 10 килодальтои)

3. достаточно сложная структура

4. жесткое расположение детерминантных групп в молекуле

5. хорошая растворимость во внутренней среде организма.

Антигенами являются: белки различного происхождения, сложные полисахариды, липополисахариды, комплексы белков с липидамиили нуклеиновыми кислотами. Не являются антигенами: простые неорганические и органические соединения, липиды, чистые препараты нуклеиновых ки­слот. Для полноценных антигенов характерны следующие свойства: чужеродность, антигенность, иммуногенность и специфичность. Чужеродность - признак ("печать") работы чужого генома (ор­ганизма). Он появляется при высокой уровне организации биомолекул (например, отсутствует у аминокислот или пептидов, но появляется у сложных белков). Чужеродность относительна (кроли­чий белок альбумин не чужероден для кролика, но чужероден для мыши или морской свинки). Ан­тигенность - способность вызывать иммунологические реакции большей или меньшей степени вы­раженности (например, глобулин обладает большей антигенностью, чем альбумин, т.к. после введения глобулина образуется больше антител). Иммуногенность - способность вызывать форми­рование иммунитета (невосприимчивости к микробам или токсинам). Например, антигены возбу­дителя брюшного тифа или кори более иммуногенны, чем антигены возбудителя дизентерии, после которой нет стойкого иммунитета и бывают повторные заболевания. Специфичность - это то, чем антигены отличаются друг от друга. Она определяется их химической структурой. Наиболее зна­чимые для специфичности химические группы (антигенные детерминанты): обладают гидрофильностью, концентрируют определенный заряд и ориентированы наружу. Количество антигенных детерминант (валентностей), присоединяющих I молекулу антитела, у разных антигенов колеблет­ся от 10 до 1000 и более.

По специфичности различают следующие типы антигенов:

1. видовой антиген, определяется у всех представителей данного вида и отсутствует у пред­ставителей других видов (у микробов, животных, человека его можно выявить в реакции с видоспецифическими иммунными сыворотками),

2. типовой антиген, обусловливает различие среди особей одного вида; например, возбуди­тель дизентерии Флекснсра имеет 6 антигенных вариантов - сероваров. У человека различают бо­лее 70 изоантигенов, обусловливающих различия по группам крови, резус-фактору, антигенам тка­невой совместимости. Несовпадение по изоантигенам донора и реципиента может быть причиной реакции отторжения пересаженной ткани или органа,

3. гетерогенный антиген, является общим для представителей разных видов; так, у возбуди­теля чумы и других микробов есть общие антигены с тканями человека (антигенная мимикрия); общие антигены могут быть у представителей разных видов микробов, входящих в одно семейст­во, или весьма отделенных (групповые антигены),

4. аутоантигены - это вещества, способные иммунизировать тот организм из которого они получены. Нормальными аутоантигенами являются ткани организма, которые в норме не соприка­саются с иммунной системой (мозг, хрусталик глаза, семенники); они в случае травмы могут им­мунизировать организм. Патологическими аутоантигенами могут быть патологически измененные ткани после обморожения, ожога, облучения, действия микробных токсинов.

Все антигены можно разделить на полноценные, обладающие всеми свойствами антигена, и неполноценные (гаптены). Гантенами называют вещества, не способные при введении в организм вызывать иммунологические реакции, но вступающие в специфические реакции с готовыми анти­телами или иммуноцитами. Гаптены становятся полноценными антигенами после укрупнения мо­лекулы (соединения с белком, полисахаридом или другим носителем). Гаптенами могут быть: не­сложные полипептиды, липиды, нуклеиновые кислоты, простые органические вещества, антибиотики, формальдегид и др. Простые гаптены при взаимодействии с соответствующими ан­тителами не дают видимой реакции осаждения (преципитации), а сложные гаптены - дают (выпа­дает осадок). Проникая в организм, гаптены могут соединяться с его белками (свободными или в «ставе клеток) и становиться полноценными антигенами, иммунизируя организм. Это может при-одить к патологическим состояниям (контактные дерматиты у рабочих на производстве антибио-тиков или витаминов, аллергические реакции после введения лекарств; если гаптен имеет сродство к клеткам крови, может развиться анемия, лейкопения или пурпура).

Микробные антигены. К ним относят: целые микробные клетки (убитые и живые), токсины, продукты распада клеток, извлекаемые из клеток фракции. В антигенной структуре микробной клетки различают: Н-антиген (белковый антиген жгутиков), К-антиген (поверхностный белковый или полисахаридный антиген оболочки), О-антиген (линоиолисахарид клеточной стенки, сомати­ческий антиген), цитоплазматические антигены. Протективным антигеном микроба называют ан­тиген с наибольшей антигенностью и иммуногенностью, который при введении способствует фор-" мированию стойкого иммунитета. Поэтому протективные антигены вводят в состав вакцин.

Цели изучения микробных антигенов:

• определение вида и варианта (идентификация) возбудителя по антигенной структуре,

• быстрая индикация (обнаружение) микробов в исследуемом материале иммунологическими методами (при помощи иммуноглобулиновых препаратов),

• конструирование антигенных препаратов (диагностикумов, аллергенов),

• для диагностики инфекционных заболеваний по иммунному ответу организма (серодиагно­стика - обнаружение антител, аллергодиагностика - обнаружение сенсибилизированных лимфоци­тов - создание вакцин и сывороток для профилактики и лечения инфекций).

Препараты микробных антигенов можно получить из культуральной жидкости (секретируемые) или путем разного рода воздействий на клетки (нагреванием - 0-антиген, обработкой форма­лином - Н-антиген; используют также ультразвуковую дезинтеграцию, фракционирование, хими­ческую экстракцию и т.д.). Антигены можно создать в лабораторных условиях путём химического синтеза (синтетические антигены).

Антитела - это белки животного происхождения, образуемые лимфоидными органами позвоночных при внедрении антигенов и способные вступать с ними в специфическое взаимодействие. Они отличаются особым строением и свойствами, входят в состав гамма-глобулиновой фрак­ции сыворотки крови и поэтому их называют иммуноглобулинами.

Свойства антител: специфичность и ряд физико-химических особенностей.

Специфичность - способность вступать в реакцию только с тем антигеном, который вызвал их образование.

Физико-химические свойства; а) относительная термостабильность, б) относительная устой­чивость к действию протеаз, в) устойчивость к денатурации этанолом при 0-4°С, г) осаждаются без денатурации нейтральными солями (сульфатом аммония и др.). Эти свойства используются при получении иммуноглобулиновых препаратов.

Различают 5 классов иммуноглобулинов (Ig), отличающихся по массе (150 - 900 КД), физи­ко-химическим свойствам, строению и функциональным особенностям: G, М, А, Е, Д. Основную массу сывороточных иммуноглобулинов составляют антитела трёх классов: IgG (70-80%), IgA (10-15%) и IgM(5-10%); остальные (IgE и IgD) - 0,2 %.

Строение иммуноглобулина (IgG, мономер). IgG состоит из 4 полипептидных цепей, соеди­ненных дисульфидными связями: пары идентичных тяжёлых /50 КД/ и пары идентичных лёгких (23 КД) цепей с шарнирным участком в середине молекулы. При обработке протеолитичееким ферментом папаином IgG распадается на 3 фрагмента: 2 идентичных с активными центрами (антидетерминантными группами) - Fab l и Fab 2 , способных вступать в реакцию с антигеном, и фрагмент Fc (кристаллизующийся, константный), не вступающий в связь с антигеном. Свобод­ные концы (активные центры) обоих Fab фрагментов составлены из вариабельных участков - тя­желой и легкой цепи. Конфигурация активного центра повторяет пространственную структуру ан­тигенной детерминанты в виде полости (как перчатка повторяет форму руки). Остальные участки молекулы константны т.е. имеют одинаковые аминокислотные последовательности у антител раз-ной специфичности. Этими участками (Fc) антитела могут адсорбироваться, например, на специ­альных рецепторах иммуноцитов.

IgG двухвалентны - имеют 2 активных центра, IgM пятивалентны - имеют 5 активных цен­тров.

Краткая характеристика классов иммуноглобулинов.

IgC - сывороточные антитела (150 КД), в большом количестве образуются при повторном поступлении антигена, проходят через плаценту, высокоспецифичны, нейтрализуют микробные частицы и токсины, взаимодействуют с гаптенами.

IgM - сывороточные антитела (900 КД), появляющиеся в 1-е дни после 1-го контакта с анти­геном, менее специфичны, чем IgG , не проходят через плаценту, но могут быть в секретах на слизистых оболочках, активно связывают комплемент, участвуют в лизисе клеток.

IgA - содержатся в сыворотке крови (мономер, 170 КД) и в секретах (молоке, на "слизистых оболочках - димер, 430 КД). При прохождении (из кровеносного русла) через эпителий они приоб­ретают "секреторный компонент", который предохраняет молекулу от разрушения ферментами секретов. IgA имеет большое значение в создании местного иммунитета, препятствуя адгезии мик­робов к эпителиоцитам и колонизации ими слизистых оболочек.

IgE - сывороточные термолабильные антитела-реагины (190 КД); обладают цитофильностью (фиксируются на клетках), способствуя развитию аллергических реакций немедленного типа; не проходят через плаценту; усиливают проницаемость сосудов.

IgD - сывороточные термолабилъные антитела (180 КД), функции которых уточняются.

Различают полные и неполные антитела. Полные антитела имеют 2 или более валентности и образуют с антигеном комплексные соединения (сетевые структуры). Так как I молекула антитела может связываться с 2 и более антигенами, то приводит к изменению физико-химического состоя­ния антигена и видимым феноменам - агглютинации (образуются хлопья), преципитации (выпада­ет осадок) и др. Неполные антитела (блокирующие) моновалентны, т.к. имеют I активный центр. Они не дают сетевых структур и не, обнаруживаются в прямых реакциях иммунитета (их обнару­живают непрямыми методами - путём нейтрализации антигена или в антиглобулиновом тесте Кумбса).

Динамика накопления антител различна в зависимости от того, первично или вторично по­ступает данный антиген в организм. При первичном иммунном ответе антитела могут быть обна­ружены в крови через 3-4 дня после контакта с антигеном. Это латентная (индуктивная) фаза им­муногенеза - период скрытого антигенного раздражения и кооперативного взаимодействия иммуноцитов, в результате чего из В-лимфоцитов образуются и накапливаются плазматические клетки, продуцирующие антитела (продуктивная фаза иммуногенеза). Максимальное количество антител отмечается на 7-20 день; после этого наблюдается снижение титра до минимума, который наступает через 2-3 месяца. С начала продуктивной фазы (Образуются IgM , затем дополнительно продуцируются IgG и IgA, Вторичный иммунный ответ имеет следующие отличия: а) укороченный латентный период, б) более быстрый подъём концентрации антител, в) более высокие значения максимальных титров (в 3 и более раз), г) вырабатываемые антитела относятся к IgG . Способ­ность к такому усиленному ответу сохраняется до нескольких лет и является одним из проявлений иммунологической памяти, которая поддерживается в организме за счет сенсибилизированных Т-лимфоцитов. Эти закономерности иммуногенеза лежат в основе современных методов вакцинации (ревакцинации).