Глава 1 Строение и функции иммунной системы
Глава 1 Строение и функции иммунной системы
Иммунология – наука о системе, обеспечивающей защиту организма от интервенции генетически чужеродных биологических структур, способных нарушить гомеостаз.
Иммунная система является одной из систем жизнеобеспечения, без которой организм не сможет существовать. Основные функции иммунной системы:
– распознавание;
– уничтожение;
– выведение из организма чужеродных веществ, образующихся в нем и поступающих извне.
Эти функции иммунная система выполняет всю жизнь человека.
Иммунная система человека может характеризоваться наличием врожденных дефектов (так называемые первичные иммунодефициты) или приобретенных в течение жизни под влиянием различных факторов, например, вредного воздействия окружающей среды, стрессовых ситуаций и т. д. Функциональные нарушения иммунной системы могут носить транзиторный характер либо приобретать хроническое течение в виде синдромов иммунологической недостаточности.
Болезни иммунной системы – это нозологические формы с конкретным развитием, четко очерченным патогенезом и клиникой, они объединены понятием иммунодефициты.
Изучение болезней иммунной системы началось в середине прошлого столетия после того, как американский врач Брутон выявил у ребенка причину мучающего его гнойного заболевания. Брутон установил, что истоки болезни кроются в имеющемся у ребенка дефекте иммунной системы – агаммаглобулинемии, названного впоследствии синдромом Брутона.
В настоящее время выделены основные разделы иммунологии, изучающие:
– функции иммунной системы в норме и патологии;
– функции иммунной системы при различных заболеваниях человека;
– иммунодефицитные состояния;
– болезни иммунной системы;
а также разделы, разрабатывающие:
– методы коррекции иммунной системы;
– иммунотропные препараты.
Иммунитет подразделяют на 2 вида: естественный (врожденный) и приобретенный, который является специфичным.
Естественный иммунитет является неспецифическим по отношению к патогенным агентам. Он представляет собой совокупность защитных факторов, направленных на элиминацию аллергенов. Эти факторы передаются по наследству и являются универсальными, видовыми.
Естественный иммунитет составляют иммунные и неиммунные факторы.
К первым относятся барьеры, содержащие различные бактерицидные вещества: кожа, слизистые оболочки, секреты потовых, сальных, слюнных желез, железы желудка, выделяющие соляную кислоту и протеолитические ферменты, а также нормальная микрофлора кишечника. К неиммунным естественным факторам относятся гуморальные факторы (система комплемента, лизоцим, трансферрин и др.) и клеточные факторы (фагоцитарная реакция, работа NK-клеток). Выделяют 5 групп заболеваний, характеризующихся возникновением патологии иммунной системы:
– болезни, связанные с недостаточностью иммунной системы (иммунодефициты первичные, вторичные, транзиторные);
– заболевания, связанные с избыточным реагированием иммунной системы;
– инфекции иммунной системы;
– опухоли иммунной системы.
Иммунная система человека представлена совокупностью органов и тканей, функцией которых является контроль за антигенным постоянством внутренней среды организма. Клетки иммунной системы представлены Т– и В-лимфоцитами, моноцитами, макрофагами, нейтрофилами, эозинофилами, тучными и эпителиальными клетками, фибробластами. Важная роль по обеспечению функции иммунной системы принадлежит иммуноглобулинам, цитокинам, антигенам, рецепторам.
Иммунная система характеризуется многокомпонентностью, но функционирует как единое целое. Она поддерживает клеточное и гуморальное состояния организма.
Для иммунной системы характерны:
– мультивариантная регуляция;
– открытая система функционирования;
– многокомпонентность.
Защита организма посредством иммунной системы происходит за счет специфических и неспецифических элементов защиты с участием биологически активных макромолекул, иммунокомпетентных клеток, органов иммунной системы.
Биологически активными микромолекулами являются:
– медиаторы иммунных реакций (интерлейкины);
– ростовые факторы (интерфероны опухольнекротизирующих факторов, фактор роста фибробластов, факторы гранулоцитарный, колоннестимулирующий и макрофагальный колоннестимулирующий);
– гормоны (пиелопептиды, миелопептиды).
К иммунокомпетентным клеткам относятся:
– Т– и В-лимфоциты;
– цитотоксические клетки;
– предшественники иммунокомпетентных клеток.
Периферическую систему составляют:
– селезенка;
– лимфатические узлы;
– лимфоидные скопления желудочно-кишечного тракта;
– кожа;
– червеобразный отросток.
Центральные органы обеспечивают дифференцировку иммунокомпетентных клеток.
В области периферических органов происходят иммунологические процессы.
Центральные органы иммунитета с возрастом изменяются, а удаление какого-либо органа препятствует возникновению иммунного ответа.
Периферические лимфоидные органы сохраняются на протяжении жизни человека и функционируют под воздействием антигенов.
Костный мозг человека закладывается на 12–13-й недели внутриутробного развития. Костный мозг является источником стволовых клеток, из которых впоследствии развиваются клетки лимфоидной ткани (Т– и В-лимфоциты), а также моноциты и макрофаги.
В костном мозге находятся миелоидный и лимфоцитарные ростки. Костный мозг человека содержит 1,5 % ретикулярных клеток, 6–7 % лимфоцитов, 0,4 % плазматических клеток, 60–65 % миелоидных клеток, 1–3 % моноцитов, 26 % эритробластов. Стволовые клетки сначала недеференцированны, после 20 недель внутриутробного развития их количество возрастает.
После рождения ребенка костный мозг является единственным местом их образования, производными этих клеток постепенно осуществляется колонизация периферических лимфоидных органов.
В костном мозге образуются многие иммунокомпетентные клетки, кроме этого он является одним из главных источников образования циркулирующих иммуноглобулинов.
Динамика образования иммунокомпетентных клеток происходит следующим образом: в желчном мешке эмбриона человека на 2–3-й неделе развития появляется полипотентная стволовая клетка. Между 4–5-й неделями беременности стволовые клетки мигрируют в эмбриональную печень, которая является самым большим кроветворным органом. При этом происходит миграция клеток-предшественников, которые созревают в окружающих их тканях.
Одни клетки-предшественники лимфоидных клеток мигрируют в вилочковую железу, которая возникает на 6–8-й неделе беременности из третьего и четвертого жаберных карманов. Под влиянием эпителиальных клеток кортикального слоя вилочковой железы созревают лимфоциты, которые мигрируют в мозговой слой.
После рождения ребенок сразу встречается с микрофлорой окружающей его среды, перед которой новорожденные и недоношенные дети практически беззащитны. Одним из критических периодов в системе иммунорегуляции является период новорожденности, когда происходит встреча ребенка с антигенами внешнего мира.
Вторым критическим периодом является возраст 2–4 месяцев, когда завершается процесс разрушения и выведения антител, прошедших через плаценту, а собственная система В-лимфоцитов остается незрелой.
Часть антител поступает с грудным молоком матери. В этот период происходит увеличение числа клеток, синтезирующих антитела к чужеродным белкам, и главным является наследование особенностей иммунного статуса матери. Вскармливание донорским грудным молоком и искусственное вскармливание делают этот важный процесс невозможным.
В период новорожденности сывороточное содержание JgG равно взрослым нормам (10–12 г/л), а уровень JgM и JgA в 40 раз ниже, численность В– и Т-лимфоцитов существенно выше, чем у взрослых, но часть их характеризуется функциональной незрелостью.
Специфическая защита в первые месяцы жизни человека обеспечивается иммуноглобулинами, полученными от матери. Иммуноглобулины М и А поступают с молозивом через пищеварительный тракт ребенка, но в его организме образуются в недостаточном количестве. Нарастание антител происходит в возрасте 14–16 лет. Способность защиты путем иммунных реакций формируется во внутриутробном периоде развития и становится выраженной к концу первого года жизни. Т-лимфоциты превращаются в сенсибилизированные активные лимфоциты, а В-лимфоциты в плазматические клетки, создающие специфические иммуноглобулины. Способность организма отвечать иммунной реакцией на чужеродные антигены активно приобретается после перенесенных инфекций или вакцинаций и целиком зависит от работы иммунокомпетентных клеток (Т– и В-лимфоцитов), которые образуются в вилочковой железе и костном мозге и с помощью рецепторов распознают чужеродные антигены.
Красный костный мозг располагается внутри костей. Он может находиться как в активном, так и неактивном состоянии. У детей младшего возраста все кости содержат активный костный мозг, у детей старших возрастов и взрослых активный костный мозг располагается в плоских костях (черепе, ребрах, грудине, малом тазу).
У взрослых красный костный мозг при определенных условиях может переходить в активное состояние с образованием дополнительного числа клеток крови.
В красном костном мозге происходит постоянное воспроизводство клеток: красных кровяных телец (эритроцитов) и лейкоцитов, поскольку отмирающие клетки заменяются новыми. Каждый тип клеток имеет разную скорость образования.
Красный костный мозг рассматривается как отдельный орган, который участвует в образовании красных и белых кровяных телец и обеспечивает нормальное функционирование иммунной системы.
Другим важным органом иммунной системы является вилочковая железа (зобная железа, тимус), обеспечивающая становление и функционирование системы иммунитета. Она образуется на первом месяце внутриутробного развития. К рождению ребенка вилочковая железа состоит из двух долей, которые соединены перешейком.
В долях располагаются корковое и мозговое вещества. Корковое вещество состоит из тимоцитов, в мозговом веществе располагаются эпителиальные элементы, среди которых имеются тельца Гассаля.
Масса вилочковой железы с возрастом увеличивается (к 3 годам), в возрасте 12–15 лет она достигает массы 30 г, после чего происходит ее инволюция с замещением железистой ткани железы жировой и соединительной.
Вилочковая железа – железа внутренней секреции. Она участвует в лимфопоэзе и иммунологических защитных реакциях организма, являясь центральным органом клеточного иммунитета.
В вилочковой железе происходит образование биологически активных веществ и гормонов, таких как:
– тимозин – гормон, индуцирующий экспрессию Т-клеточных рецепторов, восстанавливает иммунологическую компетентность;
– фактор со свойствами холинэстеразы, который блокирует передачу импульсов на мышечное волокно с возникновением миотопического синдрома. Снижение выработки данного фактора может привести к холинергическому кризу;
– тимоноэтин-2 – увеличивает содержание АМФ в лимфоцитах, усиливает экспрессию Т-клеточных антигенов на цитомембранах клеток костного мозга;
– убивикин принимает участие в экспрессии на Т– и В-лимфоцитах, синтез антител и других лимфоцитостимулирующих факторах;
– тимический гормон, который является антагонистом АКТГ;
– тимический гипокальциемический фактор.
Патология вилочковой железы приводит к возникновению ряда синдромов и заболеваний: аплазии, гипоплазии, гиперплазии, различных опухолей. Встречаются также люди с врожденным отсутствием тимуса.
Эти состояния сопровождаются признаками Т-клеточной иммунологической недостаточности, гипокальциемическими судорогами и другими симптомами.
Селезенка является фильтрующим аппаратом, обеспечивающим детоксикацию, удаление старых эритроцитов и других клеток, в ней происходит дифференцировка старых и поврежденных эритроцитов, лимфоцитов; образуются антитела.
В селезенке образуется тафтсин, основная функция которого заключается в повышении миграции, фагоцитарной активности макрофагов и нейтрофилов. Он увеличивает цитотоксическое действие Т-лимфоцитов, стимулирует синтез антител. По строению тафтсин напоминает фрагмент иммуноглобулинов, в связи с этим введение иммуноглобулинов компенсирует дефицит тафтсина.
Селезенка принимает участие в образовании иммунного ответа при поступлении в организм антигенов, бактерий, возникновении интоксикации. Удаление селезенки (спленэктомия) в ряде случаев может производить положительный эффект: уменьшается разрушение эритроцитов и тромбоцитов при патологии, связанной с аутоиммунными и иммунными процессами. У некоторых спленэктомия способна привести к угнетению иммунного ответа, при этом повышается склонность к абсцессам, возникновению сепсиса, происходит усиленное отторжение трансплантатов.
Лимфатическая система обладает неспецифической барьерной функцией. Она является местом развития иммунного ответа – как клеточного, так и гуморального. У человека насчитывается около тысячи лимфатических узлов, которые обеспечивают регионарную защиту организма от попадания в него инфекционных и неинфекционных начал. В нормальных условиях лимфоузлы не пальпируются. При различных заболеваниях, опухолях, а также при наличии хронических очагов инфекции, они увеличиваются в размерах и легко пальпируются. При клеточном варианте иммунной недостаточности может возникнуть гипоплазия лимфатической системы, включая гемоплазию тимуса, небных миндалин, лимфатических узлов.
Все группы лимфатических узлов увеличиваются в случае поликлональной активации В-лимфоцитов с увеличением продукции иммуноглобулинов, в том числе иммуноглобулинов М. Для хронических инфекций с недостаточной функцией Т-лимфоцитов-хелперов, от которых зависит переключение синтеза антител с JgM класса на JgG, характерен переход в злокачественные варианты лимфопролиферативных состояний.
У детей в возрасте от 1 года до 10–12 лет часто встречается реакция в виде микрополиаденита.
Небные миндалины располагаются в полости рта и обеспечивают защиту верхних дыхательных путей от инфекции, снабжают иммунокомпетентными клетками лимфатическую систему, принимают участие в формировании микробной флоры полости рта. Небные миндалины функционируют в тесной связи с вилочковой железой, тимэктомия приводит к гипертрофии миндалин, тонзилэктомия – к атрофии тимуса. Гиперплазия миндалин может привести к клеточным вариантам иммунной недостаточности. С возрастной инволюцией тимуса происходит инволюция и атрофия миндалин. Часто увеличение вилочковой железы сочетается с гипертрофией миндалин и клеточной иммунологической недостаточностью.
Пейеровы бляшки располагаются в кишечнике, они принимают участие в созревании Т– и В-лимфоцитов и формировании иммунного ответа. В случае атрофии пейеровых бляшек происходит нарушение в процессе созревания Т-лимфоцитов. Хотя кровь не относится к лимфатической системе, лабораторные исследования крови дают сведения о наличии лимфоцитов, образующихся в лимфоидной ткани, состоящей из ретикулярных и лимфоидных клеток.
Особенности функций иммунной системы
Функции иммунной системы обеспечиваются иммунокомпетентными клетками, формирование которых происходит в костном мозге, в котором из стволовой клетки формируются основные клетки иммунной системы: Т– и В-лимфоциты, моноциты и макрофаги.
Различают 5 типов лейкоцитов, к которым относятся фагоциты (нейтрофилы, базофилы, эозинофилы, моноциты) и иммуноциты (лимфоциты).
Фагоциты созревают в костном мозге и затем на несколько часов поступают в ткани; фагоциты существуют несколько дней. Нейтрофилы быстро покидают костный мозг, поступают в кровь, которая разносит их по тканям организма.
Моноциты в тканях превращаются в различные макрофаги, которые могут существовать от нескольких месяцев до нескольких лет.
Иммуноциты (лимфоциты) также образуются в костном мозге, после поступают в кровь. Они живут дольше фагоцитов и многократно могут циркулировать из лимфатической системы в кровяное русло и обратно.
Защитные функции лейкоцитов проявляются в различных реакциях. Роль фагоцитов выполняют эозинофилы и базофилы, которые находятся в очаге воспаления, а лимфоциты принимают участие в иммунологических реакциях.
Созревание клеток в красном костном мозге проходит несколько стадий. В начале, в мегалобластической стадии, образуются колонии клеток.
Созревание лейкоцитов происходит в течение 5–10 дней в митотической лакуне, а затем в течение 5 дней в зрелой постмитотической лакуне. В случае возникновения инфекционного процесса они поступают в кровоток в виде зрелых и незрелых нейтрофилов. Это проявляется сдвигом влево лейкоцитарной формулы.
Половина нейтрофилов циркулируют в крови в свободном состоянии, другая часть прикреплена к сосудам. Нейтрофилы находятся в крови в течение 6 часов, после чего поступают в ткани, где функционируют 3–6 дней.
Они накапливаются в местах тканевого повреждения и воспаления. В очаге воспаления нейтрофилы поглощают и убивают бактерии.
Нейтрофилы фагоцитируют бактерии, этому процессу содействует прикрепление бактерий к специфическому иммуноглобулину G или рецепторам комплемента на поверхности нейтрофила. Нейтрофилы снабжены Fc– и С3-рецепторами.
В процессе иммунных реакций нейтрофилы расщепляют иммуноглобулины до Fc и Fab, которые выступают как избирательные факторы хемотаксиса В-лимфоцитов. Нейтрофилы обладают способностью выделять вещества, которые активизируют бластную трансформацию В-лимфоцитов.
Роль эозинофилов заключается в регуляции сосудисто-инфильтративной фазы воспаления путем контроля выделения гистамина и других веществ посредством нейтрализации избыточно выброшенного гистамина.
Эозинофилы живут в кровотоке не более 10 часов, после чего поступают в ткани, где осуществляют регуляцию функции базофилов и тучных клеток.
Увеличение количества эозинофилов является защитной реакцией. Защита идет по пути «эозинофил – тканевой базофил – иммуноглобулин Е».
Функция базофилов сводится к выделению гистамина, серотонина, тетрапептидов. Созревшие базофилы поступают из костного мозга в кровоток, а затем в ткани. Гистамин освобождается при дегрануляции базофила. В случаях, когда дегрануляция носит чрезмерный характер, развивается резковыраженный иммунопатологический процесс в виде атопических заболеваний.
Моноцитарная система организма человека представлена моноцитами, макрофагами, эпителиальными клетками, гигантскими клетками (клетки Лангерганса), Кунферовскими клетками, альвеолярными клетками в легких.
Моноциты являются основными клетками моноцитарно-макрофагальной системы, которую раньше называли ретикулозидотелиальной. Моноциты образуются в костном мозге, после чего происходит их дифференцировка по схеме «монобласт – промиелоцит – моноцит крови – тканевой макрофаг». Наибольшее количество макрофагов образуется во внутренних органах (перитонеальные, легочные, клетки Лангерганса, остеокласты и др.).
Данные клетки принимают участие в формировании гуморального иммунитета. Они являются секреторными клетками, выделяющими различные ферменты и биологически активные вещества. К таким веществам относят интерлейкины (ИЛ).
Макрофаги снабжены рецепторами и антигеном (Fc), С3b-рецепторами, антигенами гистосовместимости. Они выполняют функции презентации антигена и в конечной стадии активируются лимфокинами.
Лимфоциты подразделяются на 0– (нулевые), Т– и В-клетки.
Т-лимфоциты представляют собой иммунокомпетентные клетки, которые подразделяются на ряд популяций клеток, имеющих различные функции. Хелперы и супрессоры обладают иммунорегуляторными клетками, а киллеры и эффекторы – эффекторными.
Т-киллеры принимают участие в разрушении инфицированных клеток и клеток опухолей.
К естественным клеткам-киллерам относятся большие гранулярные клетки, содержащие перфорин, который обладает способностью проникать в мембрану клеток-мишеней и обеспечивать осмотический взрыв и лизис клетки. Т-лимфоциты обеспечивают клеточный, антивирусный, антибактериальный иммунитет.
Эти клетки (Т-клетки, тимоциты, тимусзависимые лейкоциты) мигрируют в лимфоидную ткань, заполняя пространство в органах лимфатической системы: в кортикальном слое лимфатических узлов и переартериальных зонах селезенки. Для Т-клеток характерны мобильность, возможность циркулировать из крови в лимфоидную ткань и обратно в кровь через грудной лимфатический проток, где их содержание составляет 90 %, а в периферической крови – 60–70 %. В зависимости от выполняемых функций различают:
– Т-эффекторы – участвуют в клеточном иммунитете (отторжение трансплантата, обеспечение противоопухолевого иммунитета, лизис клеток-мишеней, гиперчувствительность замедленного типа, реакции трансплантата при пересадке его хозяину);
– Т-хелперы – формируют клеточный и гуморальный иммунитет (СD4-позитивные клетки);
– Т-супрессоры – препятствуют формированию гуморального и клеточного иммунитета (СD8-позитивные клетки);
– Т-контрсупрессоры – прекращают действие супрессорных клеток (СD25-позитивные клетки);
– Т-дифференцирующие клетки – производят регуляцию функции кроветворных клеток;
– Т-амплифаеры – усиливают функцию таких клеток, как стволовые, Т– и В-лимфоциты.
Т– и В-лимфоциты почти неразличимы морфологически. Они отличаются от клеточно-специфичных поверхностных молекул маркеров СD. Для В-лимфоцитов специфичны такие маркеры, как СD19, СD20 и др.
В-лимфоциты ответственны за гуморальный иммунитет и образование антител. Предшественники лимфоидных клеток созревают в костном мозге с возможной дифференцировкой в печени и лимфоидной ткани. Они мигрируют в периферические лимфоидные органы для окончательной дифференцировки в фолликулах лимфатических узлов, селезенке и лимфоидной ткани кишечника. В-лимфоциты составляют 15–20 % от числа всех лимфоцитов, циркулирующих в крови, постепенно они превращаются в плазматические клетки, которые синтезируют антитела. В-лимфоциты неоднородны и обладают различными функциями.
В-лимфоцит превращается в плазматическую клетку в ответ на воздействие Т-независимых антигенов.
В-супрессор тормозит пролиферацию предшественников антителпродуцирующих клеток.
В-хелпер усиливает функцию Т-лимфоцитов.
К нулевым клеткам относятся 0-клетки, не входящие в группы В– и Т-клеток. Их число увеличивается при различных заболеваниях, например, ревматоидном артрите.
Среди этих клеток выделяются естественные киллеры (NK-клетки) и клетки-эффекторы антителозависимой клеточной цитотоксичности (К-клетки).
К– и NK-клетки обеспечивают главную функцию иммунной системы – сохранение генетического гомеостаза путем киллинга клеток, несущих генетическую чужеродность.
К таким клеткам относятся клетки-мутанты, образующиеся при опухолях; клетки, пораженные вирусом, и клетки трансплантата.
Число нулевых клеток может увеличиваться при образовании в костном мозге незрелых, юных форм Т– и В-лимфоцитов, которые характеризуются недостаточным количеством рецепторов. Подобная картина диагностируется при тяжелых истощающих заболеваниях, перитоните, сепсисе и др. Увеличение количества нулевых клеток сопровождается уменьшением количества Т-лимфоцитов, что также свидетельствует об утяжелении процесса.
Особенностью К-клеток является специфическое цитотоксическое действие против тех клеток, которые несут те же антигенные свойства. Эти свойства они приобретают после антигензависимой дифференцировки и действуют на клетки-мишени, покрытые антителами (JgG), которые играют роль мостика между клеткой-мишенью и К-клеткой.
В NK-клетках находятся перфорин и цитотоксический фактор, кроме этого, NK-клетки образуют интерлейкины-1, -2, интерферон, факторы роста для В-лимфоцитов в костном мозге.
На Т– и В-лимфоцитах выделены дифференцировочные антигены (СD-маркеры).
Методом клапальных антител дифференцируют иммунокомпетентные клетки по качественному составу антигенов на мембранах иммунокомпетентных клеток. На всех популяциях лимфоцитов выделены дифференцировочные антигены.
На определенной стадии развития В-лимфоцитов имеются дифференцировочные стадии дифференцировочных антигенов: СD9, СD10, СD22, СD23.
Дифференцировочные антигены имеются и на Т-клетках: СD2, СD3, СD4, СD5, СD6, СD7. Около 75 % Т-лимфоцитов периферической крови имеют антигены СD4. Это способствует проникновению вирусов внутрь Т-хелперов. На 1/3 периферических лимфоцитов определяется антиген СД8.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.