Иммунная система защищает организм от чужеродных или опасных элементов. Такие элементы включают:
микроорганизмы (обычно называемые микробами, такие, как бактерии, вирусы и грибки);
паразиты (например, черви);
злокачественные клетки;
пересаженные органы и ткани.
Чтобы защитить организм от вторгшихся чужеродных и опасных элементов, иммунная система должна быть в состоянии различить:
что принадлежит организму (свое);
что не принадлежит (не свое или чужеродное).
Антигены — это любые вещества, распознаваемые иммунной системой, которые, следовательно, могут стимулировать иммунный ответ. Если антигены воспринимаются как опасные (например, если они могут вызвать заболевание), они могут стимулировать иммунный ответ в организме. Антигены могут содержаться внутри или на поверхности бактерий, вирусов, микроорганизмов, паразитов или опухолевых клеток. Антигены могут также существовать самостоятельно, например, в виде молекул пищи или пыльцы.
Нормальный иммунный ответ включает следующее:
Распознавание потенциально опасного чужеродного антигена
Активизация и мобилизация сил для защиты от него
Его атака
Контроль и прекращение атаки
Если иммунная система работает с нарушениями и ошибочно принимает «свои» антигены за «чужие», она может атаковать ткани собственного организма, вызывая аутоиммунные нарушения, например, ревматоидный артрит, тиреоидит Хашимото или системную красную волчанку (СКВ).
Иммунологические нарушения возникают, когда:
организм формирует иммунный ответ против себя самого (аутоиммунное заболевание);
организм не способен обеспечить необходимый иммунный ответ против микроорганизмов возбудителей (иммунодефицит);
организм генерирует чрезмерный иммунный ответ на зачастую безвредные чужеродные антигены и повреждает нормальные ткани (аллергическая реакция).
Компоненты иммунной системы
Иммунная система содержит многочисленные компоненты:
Антитела (иммуноглобулины) — это белки, вырабатываемые разновидностью лейкоцитов под названием «B-клетки». Они связываются с антигенами возбудителя, маркируя их для атаки или непосредственно нейтрализуя. В организме вырабатываются тысячи различных антител. Каждое антитело специфично для отдельного антигена.
Антигены — это любые вещества, распознаваемые иммунной системой, которые, следовательно, могут стимулировать иммунный ответ.
B-клетки (B-лимфоциты) — это лейкоциты, вырабатывающие антитела, специфические для антигена, который стимулировал их выработку.
Базофилы — это лейкоциты, которые высвобождают гистамин (вещество, участвующее в аллергических реакциях) и вырабатывают вещества, привлекающие другие лейкоциты (нейтрофилы и эозинофилы) к пораженному участку.
Клетки — это наименьшие единицы живого организма, состоящие из ядра и цитоплазмы, окруженных мембраной.
Хемотаксис — это процесс, с помощью которого химическое вещество привлекает клетки в конкретное место.
Система комплемента состоит из группы белков, участвующих в серии реакций (каскаде реакций комплемента), предназначенных для защиты организма, например, посредством уничтожения бактерий и других чужеродных клеток, облегчения распознавания и поглощения чужеродных клеток макрофагами, а также привлечения макрофагов и нейтрофилов к пораженному участку.
Цитокины — это многочисленные различные белки, секретируемые иммунными и другими клетками, которые действуют как посредники иммунной системы, помогая регулировать иммунный ответ.
Предшественниками дендритных клеток являются лейкоциты. Они обитают в тканях и помогают Т-клеткам распознавать чужеродные антигены.
Эозинофилы — это лейкоциты, которые уничтожают бактерии и другие чужеродные клетки, слишком крупные для поглощения; они могут помочь иммобилизовать и уничтожить паразитов и помогают разрушать опухолевые клетки. Эозинофилы также участвуют в аллергических реакциях.
T-хелперы — это лейкоциты, которые помогают В-клеткам вырабатывать антитела против чужеродных антигенов, способствуют активации Т-киллеров и стимуляции макрофагов, что позволяет им более эффективно поглощать инфицированные или аномальные клетки.
Гистосовместимость (в буквальном смысле, совместимость тканей) определяется человеческими лейкоцитарными антигенами (молекулами самоидентификации). Гистосовместимость используется для определения того, подойдет ли трансплантированная ткань или орган реципиенту.
Лейкоцитарные антигены человека (HLA) — это группа идентифицирующих молекул, которые расположены на поверхности всех клеток в практически уникальном для каждого человека сочетании, что позволяет организму отличать свои и чужеродные элементы. Эта группа идентифицирующих молекул также называется основным комплексом гистосовместимости.
Иммунный комплекс — это антитело, присоединенное к антигену.
Иммунный ответ — это реакция иммунной системы на антиген.
Иммуноглобулин — это еще одно название для антитела.
Интерлейкин — это тип посредника (цитокин), выделяемый некоторыми лейкоцитами для воздействия на другие лейкоциты.
Т-киллеры (цитотоксические клетки) — это Т-клетки, которые прикрепляются к инфицированным и опухолевым клеткам и уничтожают их.
Лейкоциты — это еще одно название белых кровяных телец, таких как моноциты, нейтрофилы, эозинофилы, базофилы или лимфоциты (B-клетки или T-клетки).
Лимфатическая система представляет собой сеть лимфатических узлов, соединенных лимфатическими сосудами, которые помогают отфильтровать и уничтожать микроорганизмы и мертвые или поврежденные клетки, подлежащие фильтрации и уничтожению. Приобретенный иммунный ответ инициируется в лимфатических узлах.
Лимфоциты — это белые кровяные тельца, ответственные за приобретенный (специфический) иммунитет, включая выработку антител (В-клетки), различение своих и чужих элементов (Т-клетки) и уничтожение инфицированных и злокачественных клеток (Т-киллеры).
Макрофаги — это крупные клетки, образующиеся из белых клеток крови, называемых моноцитами. Они поглощают бактерии и другие чужеродные клетки и помогают Т-клеткам идентифицировать микроорганизмы и другие чужеродные вещества. Макрофаги в норме присутствуют в легких, коже, печени и других тканях.
Главный комплекс гистосовместимости (МНС) — это синоним лейкоцитарных антигенов человека.
Тучные клетки — это клетки в тканях, высвобождающие гистамин и другие вещества, участвующие в воспалительных и аллергических реакциях.
Молекула — это группа атомов, соединенных химическими связями и образующих уникальное вещество.
Натуральные киллеры — это тип лейкоцитов, способных распознавать и уничтожать аномальные клетки, например, определенные инфицированные и опухолевые клетки, которым не требуется предварительно распознавать, что клетка является аномальной.
Нейтрофилы — это лейкоциты, поглощающие и уничтожающие бактерии и другие чужеродные клетки.
Фагоциты — это тип клеток, которые поглощают и уничтожают или разрушают внедрившиеся микроорганизмы, другие клетки и фрагменты клеток. Фагоциты включают нейтрофилы и макрофаги.
Фагоцитоз — это процесс захвата и поглощения клетками микроорганизмов, других клеток или фрагментов клеток.
Рецептор — это молекула на поверхности или внутри клетки, которая может идентифицировать специфические подходящие именно для нее молекулы — как ключ подходит к замку.
Регуляторные (супрессорные) Т-клетки — это лейкоциты, которые помогают прекратить иммунную реакцию.
T-клетки (T-лимфоциты) — это лейкоциты, которые участвуют в механизмах приобретенного иммунитета. Существует три типа: хелперы, киллеры (цитотоксические клетки) и регуляторные.
Белые кровяные клетки (лейкоциты) бывают нескольких различных типов, таких как моноциты, нейтрофилы, эозинофилы, базофилы и лимфоциты (В-клетки и Т-клетки), каждый из которых играет различную роль в иммунной системе.
Линии защиты
В организме существует несколько линий защиты. Средства защиты включают следующие:
Физические барьеры
Лейкоциты
Молекулы, такие как антитела и белки комплемента
Лимфоидные органы
Физические барьеры
Первая линия защиты против возбудителей — механические или физические барьеры:
кожа;
роговица глаз;
оболочки, выстилающие дыхательные, пищеварительные, мочевыводящие и репродуктивные пути.
Если эти барьеры остаются целыми, многие возбудители не могут попасть в организм. Если барьер нарушен, например при повреждении кожи обширными ожогами (или даже незначительными порезами), риск инфекции увеличивается.
Кроме того, барьеры защищены выделениями, содержащими белки, которые называются ферментами и способны уничтожать бактерии. К таким выделениям относятся пот, слезы, слизь в дыхательных путях и пищеварительном тракте, а также выделения из влагалища.
Лейкоциты
В следующей линии защиты участвуют белые кровяные клетки (лейкоциты), которые перемещаются с потоком крови в ткани, находя и атакуя микроорганизмы и других возбудителей.
Эта защита состоит из двух частей:
врожденный иммунитет;
приобретенный иммунитет.
Врожденный (естественный) иммунитет: Врожденный означает то, с чем рождается человек. Таким образом для эффективной работы врожденного иммунитета не требуется предыдущий контакт с микроорганизмом или другим возбудителем. Он реагирует на возбудители сразу, без необходимости учиться их распознавать. В этом типе иммунитета участвуют несколько типов лейкоцитов:
Фагоциты поглощают возбудителей. К фагоцитам относятся макрофаги, нейтрофилы, моноциты и дендритные клетки.
Формируются естественные клетки-киллеры, которые распознают и уничтожают раковые клетки и клетки, инфицированные некоторыми вирусами.
Некоторые лейкоциты (такие как базофилы и эозинофилы) высвобождают вещества, участвующие в воспалении, например цитокины, и аллергических реакциях, например гистамин. Некоторые из этих клеток могут уничтожить внедрившиеся чужеродные элементы напрямую.
Приобретенный (искусственный или специфический) иммунитет: При приобретенном иммунитете белые кровяные клетки под названием лимфоциты (В-клетки и Т-клетки) сталкиваются с возбудителем, узнают, как его атаковать и запоминают конкретного возбудителя, чтобы при столкновении с ним в следующий раз атаковать его еще эффективнее. После первого столкновения с новым возбудителем для развития приобретенного иммунитета требуется время, потому что лимфоциты должны к нему адаптироваться. Однако после этого ответ будет быстрым. B-клетки и T-клетки совместно уничтожают возбудителей. Для реализации способности к узнаванию вторгшихся чужеродных и опасных элементов Т-клеткам требуется помощь клеток, называемых антиген-представляющими клетками (например, дендритными клетками — см. иллюстрацию «Как Т-клетки распознают антигены»). Эти клетки поглощают возбудителя и разбивают его на фрагменты.
Молекулы
Врожденный и приобретенный иммунитеты взаимодействуют друг с другом, влияя друг на друга напрямую или посредством молекул, которые привлекают или активируют другие клетки иммунной системы — в рамках этапа мобилизации в защите. Эти молекулы включают:
Цитокины (являются посредниками иммунной системы)
Белки комплемента (образующие систему комплемента)
Эти вещества не содержатся в клетках, а растворены в биологических жидкостях, например, в плазме (жидкая составляющая крови).
Некоторые из таких молекул, в том числе некоторые цитокины, вызывают воспаление.
Воспаление возникает из-за того, что эти молекулы привлекают клетки иммунной системы к пораженной ткани. Чтобы помочь этим клеткам быстрее попасть в ткань, организм увеличивает приток крови к ней. При увеличении тока крови кровеносные сосуды расширяются и становятся более проницаемыми, чтобы больше жидкости и клеток из кровеносных сосудов попало в ткань. Поэтому воспаление вызывает покраснение, жар и отек. У людей с темной кожей покраснение может быть менее заметным. Целью воспаления является сдерживание инфекции, чтобы она не распространилась дальше. Затем другие вещества, производимые в иммунной системе, помогают устранить воспаление и заживить поврежденные ткани. Хотя воспаление может быть неприятным, оно означает, что иммунная система работает. Однако чрезмерное или длительное (хроническое) воспаление может быть опасным.
Лимфоидные органы
Помимо клеток, рассеянных по всему организму, в иммунную систему входят несколько органов. Эти органы разделяют на две группы: первичные и вторичные лимфоидные органы.
В первичных лимфоидных органах производятся и/или умножаются лейкоциты:
Костный мозг производит все различные типы лейкоцитов, в том числе нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, моноциты, B-клетки и клетки, из которых развиваются Т-лимфоциты (предшественники Т-лимфоцитов).
В тимусе происходит размножение Т-клеток, обучение распознаванию чужеродных агентов и игнорированию антигенов собственного организма. Т-клетки имеют критическое значение для приобретенного иммунитета.
При необходимости защиты организма происходит мобилизация лейкоцитов, главным образом, из костного мозга. Затем они поступают в кровоток и перемещаются туда, где они необходимы.
Вторичные лимфоидные органы включают:
селезенку;
лимфатические узлы;
гланды;
аппендикс;
пейеровы бляшки в тонком кишечнике.
Эти органы выполняют захват микроорганизмов и других чужеродных веществ и являются местом, где зрелые клетки иммунной системы собираются, взаимодействуют друг с другом и с чужеродными веществами и формируют специфический иммунный ответ.
Лимфатические узлы размещены в организме стратегически и соединены обширной сетью лимфатических сосудов, образуя лимфатическую систему. Лимфатическая система переносит микроорганизмы, другие чужеродные вещества, злокачественные клетки и фиксированные или поврежденные клетки из тканей в лимфатические узлы, где эти вещества и клетки отфильтровываются и уничтожаются. Затем отфильтрованная лимфа возвращается в кровоток.
Лимфатические узлы — одно из первых мест распространения раковых клеток. Поэтому врачи часто обследуют лимфатические узлы, чтобы определить, распространился ли рак. Раковые клетки в лимфатическом узле могут вызвать увеличение узла. Лимфатические узлы также могут увеличиваться после инфекции, потому что приобретенный иммунный ответ на инфекции создается в лимфатических узлах. Иногда лимфатические узлы увеличиваются, потому что бактерии, которые переносятся в лимфатический узел, не уничтожены и вызывают инфекцию в лимфатических узлах (лимфаденит).
Лимфатическая система: Помощь в защите от инфекции
Наряду с тимусом, костным мозгом, селезенкой, гландами, аппендиксом и пейеровыми бляшками в тонком кишечнике, лимфатическая система является важной частью иммунной системы. Лимфатическая система представляет собой сеть лимфатических узлов, соединенных лимфатическими сосудами. Эта сеть переносит лимфу по всему организму. Лимфа образуется из жидкости, которая просачивается сквозь тонкие стенки капилляров в ткани организма. Эта жидкость содержит кислород, белки и другие питательные вещества, которые питают ткани. Некоторое количество этой жидкости попадает обратно в капилляры, а некоторое — поступает в лимфатические сосуды (и становится лимфой). Малые лимфатические сосуды присоединяются к более крупным и в конечном итоге образуют грудной лимфатический проток. Грудной лимфатический проток является крупнейшим лимфатическим сосудом. Он соединяется с подключичной веной и таким образом возвращает лимфу в кровоток. Лимфа также переносит чужеродные вещества (например, бактерии), злокачественные клетки и фиксированные или поврежденные клетки, которые могут присутствовать в тканях, в лимфатические сосуды и лимфатические узлы для утилизации. В лимфе содержится много лейкоцитов. Все переносимые в лимфе вещества проходят, по крайней мере, через один лимфатический узел, в котором чужеродные вещества могут быть отфильтрованы и уничтожены до возврата жидкости в кровоток. В лимфатических узлах могут собираться лейкоциты, взаимодействовать друг с другом и с антигенами и вызывать иммунный ответ на чужеродные вещества. Лимфатические узлы содержат сетку ткани, плотно упакованную B-клетками, T-клетками, дендритными клетками и макрофагами. Опасные микроорганизмы фильтруются через эту сетку, затем их узнают B-клетки и T-клетки и нападают на них. Лимфатические узлы часто сосредоточены в районах ответвления лимфатических сосудов, например, на шее, в подмышках и в паху. |
Знаете ли Вы, что...
|
План действий
Успешный иммунный ответ на вторгшиеся чужеродные и опасные элементы требует:
Распознавание
Активизация и мобилизация
Регулирование
Разрешение
Распознавание
Чтобы суметь уничтожить возбудителей, иммунная система сначала должна распознать их. То есть, иммунная система должна уметь отличать свои элементы от чужих (чужеродных). Иммунная система может различать эти элементы, потому что на поверхности всех клеток расположены определяющие молекулы (антигены). Микроорганизмы распознаются, потому что определяющие молекулы на их поверхности являются чужеродными.
У людей наиболее важные молекулы самоидентификации называются
человеческими лейкоцитарными антигенами (HLA), которые также известны под названием «главный комплекс гистосовместимости» (МНС).
Молекулы HLA называются антигенами, потому что при трансплантации, например, почки или кожного трансплантата, они могут спровоцировать иммунный ответ у реципиента (как правило, они не провоцируют иммунный ответ у донора). Каждый человек имеет почти уникальное сочетание HLA. Иммунная система каждого человека обычно признает это уникальное сочетание как «свое». Клетка, на поверхности которой молекулы не идентичны молекулам на клетках собственного организма, определяется как «чужеродная». Иммунная система затем атакует эту клетку. Такая клетка может быть клеткой пересаженной ткани, одной из клеток организма, зараженных микроорганизмами возбудителя, или опухолевой клеткой. (Врачи стараются подобрать совместимые HLA молекулы, когда человек нуждается в трансплантации органа.)
Некоторые лейкоциты — B-клетки (В-лимфоциты) — могут распознать возбудителей напрямую, но другим — Т-клеткам (Т-лимфоцитам) — нужна помощь клеток, называемых антигенпредставляющими клетками.
Эти клетки поглощают возбудителя и расщепляют его на фрагменты.
Антигенпредставляющая клетка затем комбинирует фрагменты антигена возбудителя со своими собственными молекулами HLA.
Комбинация фрагментов антигена и молекул HLA перемещается к поверхности клетки.
Т-клетка с соответствующим рецептором на поверхности может прикрепиться к части молекулы HLA, презентирующей фрагмент антигена, — они подходят друг к другу как ключ к замку.
После этого T-клетка активируется и начинает борьбу с возбудителями, несущими этот антиген.
Как Т-клетки распознают антигены
Т-клетки являются частью системы иммунного надзора. Они перемещаются по кровотоку и лимфатической системе. Попав в лимфатический узел или другой вторичный лимфоидный орган, они ищут в организме чужеродные вещества (антигены). Однако прежде чем они смогут полностью распознать чужеродный антиген и отреагировать на него, антиген должен быть переработан и представлен Т-клеткам другим видом лейкоцитов, которые называются антигенпредставляющими клетками. К антигенпредставляющим клеткам относятся дендритные клетки (самые эффективные), макрофаги и В-клетки. |
Активизация и мобилизация
Лейкоциты активируются, когда они распознают возбудителей. Например, когда антигенпредставляющая клетка представляет Т-клетке фрагменты антигена, привязанные к HLA, Т-клетка прикрепляется к фрагментам и активизируется. В-клетки могут активизироваться непосредственно возбудителями. После активизации лейкоциты либо поглощают возбудителя, либо уничтожают его, либо делают и то, и другое. Как правило, для уничтожения возбудителя нужны лейкоциты нескольких типов.
Иммунные клетки, например, макрофаги и активные Т-клетки, выделяют вещества, привлекающие к пораженному участку другие иммунные клетки, таким образом, мобилизуя защитные силы организма. Также сам возбудитель может выпустить вещества, привлекающие иммунные клетки.
Регулирование
Чтобы предотвратить значительный вред для организма, который бывает при аутоиммунных заболеваниях, иммунный ответ необходимо регулировать. Регулирующие T-клетки (супрессоры) помогают контролировать ответ за счет секреции цитокинов (химических посредников иммунной системы), которые подавляют иммунный ответ. Эти клетки не позволяют иммунному ответу длиться до бесконечности.
Разрешение
Нормализация подразумевает захват возбудителя и устранение его из организма. После устранения возбудителя большинство лейкоцитов самоуничтожаются и поглощаются другими клетками. Оставшиеся лейкоциты называются клетками памяти. Организм сохраняет клетки памяти, которые являются частью приобретенного иммунитета, чтобы помнить специфических возбудителей и более энергично реагировать на них в следующий раз.
