Все, что вам нужно знать об иммунитете

Иммунная система или иммунитет — сложная группа защитных реакций организма от проникновения чужеродных агентов. Она есть у людей и других развитых позвоночных и помогает отвергать болезнетворные организмы (патогены). 

Иммунитет от болезней фактически предоставляется двумя уровнями защиты. Это неспецифический , врожденный иммунитетом и специфический, приобретённый иммунитет. 

Неспецифические защитные механизмы отталкивают все микроорганизмы. А специфические иммунные реакции адаптированы к конкретным типам патогенов. Обе системы работают вместе, чтобы помешать болезнетворным микроорганизмам проникать в организм и распространяться внутри него. 

Эти иммунные механизмы также помогают предотвращают аномальные клетки организма, которые могут перерасти в рак. 

Дальше вы знаете более подробно о том, как функционирует неспецифический и специфический иммунитет. 

Что такое врождённый или неспецифический иммунитет?

Правильное представление о том, как работает наш иммунитет, поможет вам  уравновешенно относиться к различной информации. Более того, вы даже сохраните свой кошелёк, ведь вас будет сложно обмануть. 

Большинство микроорганизмов, встречающихся в повседневной жизни, отторгаются ещё  до того, как они вызовут какие-либо признаки или симптомы заболевания. 

Эти потенциальные патогены, к которым относятся вирусы, бактерии, грибы, простейшие и черви, довольно разнообразны. 

Поэтому общий, неизбирательный неспецифический иммунитет очень кстати. Ведь он отвергает все типы этой разнообразной микроскопической орды.  

Врожденная иммунная система обеспечивает такого рода неспецифическую защиту с помощью ряда защитных механизмов:

• Физические барьеры, такие как кожа, 
• Химические барьеры, такие как противомикробные белки, которые вредят или уничтожают захватчиков, и 
• Специальные клетки крови, которые атакуют инородные клетки и заражённые клетки тела.

Давайте рассмотрим подробнее о том, как они работают для защиты нашего организма. 

Внешние барьеры на пути к инфекции

Кожа и слизистые оболочки дыхательных, желудочно-кишечного и мочеполового путей это первая линия защиты.  Давайте узнаём, как они защищают нас от инвазии микробов или паразитов.

Кожа

Кожа человека имеет плотный наружный слой клеток, которые производят кератин. Этот слой клеток, который постоянно обновляется снизу, служит механическим барьером для инфекции. 

Кроме того, железы в коже выделяют жирные вещества, которые включают жирные кислоты. Они сами по себе губительны для некоторых микробов. Например, это олеиновая кислота. 

Кожные железы также выделяют лизозим, фермент, который может разрушить внешнюю стенку определенных бактерий. Он присутствует также в слезах и слюне. 

Насколько это эффективная защита? Жертвы тяжелых ожогов часто становятся жертвами инфекций от обычно безвредных бактерий. Это подчеркивает важнейшую роль неповрежденной, здоровой кожи для здоровой иммунной системы.

Слизистые оболочки

Слизистые оболочки — это то,  что выстилает дыхательные пути, желудочно-кишечного тракт и мочеполовые пути. Это — как наружный слой кожи, но гораздо мягче. Такая подкладка обеспечивает механический барьер клеток, которые постоянно обновляются. 

Слизистые дыхательных путей содержит клетки, которые выделяют слизь (флегму), которая удерживает мелкие частицы. Другие клетки в стенке дыхательных путей имеют небольшие волосяные проекции, называемые ресничками. Они неуклонно колеблются с  широкой амплитудой, и так  продвигают слизь и любые захваченные частицы вверх и из горла и носа. Также в слизи присутствуют защитные антитела, которые являются продуктами специфического иммунитета. 

Клетки в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта тоже выделяют слизь. Она помогает в прохождении пищи. Кроме того, эта слизь может улавливать потенциально вредные частицы. Также она предотвращает их прикрепление к клеткам, составляющим слизистую оболочку кишечника. 

В слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта также производятся защитные антитела. Кроме того, слизистая желудка вырабатывает соляную кислоту, которая достаточно эффективно убивает многих микробов.

Химические барьеры на пути к инфекции

Все же некоторые микробы проникают через защитные барьеры организма и попадают во внутренние ткани. Здесь действует следующий иммунный барьер — химический.

Микробы, которые проникли в ткани, сталкиваются с различными химическими веществами, которые мешают их размножению. 

Химические вещества со случайным защитным эффектом

Некоторые химические вещества, участвующие в нормальных процессах в организме, напрямую не участвуют в защите организма от болезней. Тем не менее, они помогают бороться с опасными микробами. 

Например, умирая, клетка может высвобождать потенциально опасные и вредные вещества. Организм вырабатывает ингибиторы, которые уменьшают их вредное влияние, делая неопасными. Однако аналогичные ферменты вырабатывает микроб и ингибиторы также попутно мешают их производству. Так ограничивается развитие микроорганизмов, из-за природных ингибиторов, который постоянно присутствует в крови. 

Другим веществом, которое обеспечивает защиту от микробов, является трансферрин белка крови. Основная функция трансферрина заключается в связывании молекул железа, которые поглощаются в кровоток через кишечник. Также он отвечает за доставку железа в клетки, для роста которых требуется это вещество. 

Как бактерии, так и клетки, нуждаются в свободном железе для роста. Однако, когда он привязан к трансферрину, железо недоступно для вторгшихся микробов, и их рост сдерживается. 

Эти два примера показывают, как побочные эффекты ферментов, которые выполняют свои функции, положительно влияют на организм, защищая его от заражения. 

Антимикробные белки

Ряд химических соединений, например белки, вносят непосредственный вклад в функционирование неспецифического иммунитета. 

Такие белки могут растворять или расщеплять вредные инфекционные организмы. Другие микроорганизмы могут уклоняться от этого механизма. Но они тут же становятся жертвой клеток макрофагов, которые поглощают и уничтожают инфекционных агентов. Или здесь может вступить в работу специфический иммунный ответа.

Интерфероны

Что такое интерферон? Это группа белков, которые обеспечивают защиту, тем, что подавляют размножение многих, но не всех, вирусов. 

Интерферон используется как сигнальная система. Так другие клетки организма начинают противостоять вирусному росту. Когда интерферон был впервые обнаружен в 1957 году, он считался одним веществом. Но с тех пор было обнаружено несколько типов, каждый из которых вырабатывался разным типом клеток. 

• Альфа-интерферон вырабатывается белыми кровяными клетками, отличными от лимфоцитов
• Бета-интерферон производится  фибробластами
• Гамма-интерферон вырабатывается естественными клетками-киллерами и цитотоксическими Т-лимфоцитами (т-киллерами). 

Все интерфероны подавляют репликацию вируса, мешая правильному производству вирусной нуклеиновой кислоты. Интерфероны оказывают дополнительное ингибирующее (замедляющее) действие, регулируя степень выделения лимфоцитами и другими клетками важных молекул на своих поверхностных мембранах.

Белки от естественных бактерий

В кишечнике рост вторгающихся бактерий может быть препятствовать естественными кишечными бактериями, которые не вызывают болезней. Эти микроорганизмы выделяют различные белки, которые способствуют их собственному выживанию, замедляя рост вторгающихся видов бактерий.

Защита на клеточном уровне

Если инфекция не будет успешно удержана химическими и физическими барьерами, описанными выше, она столкнется со следующим уровнем защиты. Это клетки, функция которых заключается в устранении посторонних белковых веществ, попадающих в организм. 

Эти клетки являются клетками врожденного иммунного ответа. К ним относятся клетки-падальщики, то есть различные клетки, которые непосредственно атакуют инфекционные агенты. Это микро и макрофаги. Другой тип клеток — клетки-киллеры, которые атакуют клетки организма, содержащие инфекционные организмы. 

Некоторые из этих клеток уничтожают инфекционные агенты, поглощая их. Этот процесс называется фагоитозом.

Другие клетки прибегают, мягко говоря, к альтернативному способу защиты организма. Они просто убивают пораженную вирусом или микробом клетку.

Как и в случае с другими компонентами врожденного иммунитета, эти клетки взаимодействуют с компонентами приобретенного иммунитета для борьбы с инфекцией.

Клетки-мусорщики

Все животные имеют лейкоциты (белые кровяные тельца), которые уничтожают инфекционные агенты. Большинство позвоночных, включая всех птиц и млекопитающих, обладают двумя основными видами клеток мусорщиков. Их важность была впервые установлена в 1884 году русским биологом Ильей Мечниковым. Он назвал их микрофагами и макрофагами, с греческого, «маленькие пожиратели» и «большие пожиратели».

Макрофаги — это основные компоненты иммунной системы, которые поглощают и уничтожают инородные частицы, такие как бактерии.

Гранулоциты — микрофаги и их виды.

Микрофаги теперь называются либо гранулоцитами из-за многочисленных гранул, обнаруженных в их цитоплазме, либо полиморфонуклеарными лейкоцитами из-за ядра странной формы этих клеток. 

Некоторые гранулы содержат пищеварительные ферменты, способные расщеплять белки. Другие содержат бактерицидные (убивающие бактерии) белки. 

Существует три класса гранулоцитов:

1. Нейтрофилы 
2. Эозинофилы 
3. Базофилы, 

Они различаются по форме ядра и тому, как гранулы в цитоплазме окрашиваются красителем. Различия в характеристиках окрашивания отражают различия в химическом составе гранул. 

Нейтрофилы являются наиболее распространенным типом гранулоцитов, составляя от 60 до 70% всех белых кровяных телец. Эти гранулоциты поглощают и уничтожают микроорганизмы, особенно бактерии. 

Менее распространены эозинофилы. Они особенно эффективны для для того, чтобы разрушить кутикулу (стенку тела) более крупных паразитов. 

Меньше базофилов, которые выделяют гепарин (вещество, которое подавляет свертывания крови), гистаминный и другие вещества. Они играют роль в некоторых аллергических реакциях. Базофилы очень похожи по структуре и функциям на тканевые клетки, называемые также тучных клетками, которые также вносят свой вклад в иммунные реакции.

Гранулоциты, живущие всего несколько дней, непрерывно вырабатываются из стволовых (т.е. предшествующих) клеток костного мозга. Они попадают в кровоток и циркулируют в течение нескольких часов, после чего покидают кровообращение и умирают. 

Гранулоциты подвижны и привлекаются к инородным материалам химическими сигналами, некоторые из которых вырабатываются самими вторгающимися микроорганизмами, другие поврежденными тканями, а третьи — взаимодействием между микробами и белками в плазме крови. 

Некоторые микроорганизмы вырабатывают токсины, которые отравляют гранулоциты и, таким образом, избегают фагоцитоза; другие микробы неперевариваемы и не погибают при приеме внутрь. Таким образом, сами по себе гранулоциты имеют ограниченную эффективность и требуют усиления другими механизмами иммунитета. 

Понимание функций и природы гранулоцитов и знание их нормального соотношения может подсказать врачу диагноз, когда он видит анализ крови. 

Макрофаги

Другим основным типом клетки мусорщика является макрофаг. Макрофаг — это зрелая форма моноцита. Как и гранулоциты, моноциты вырабатываются стволовыми клетками костного мозга и циркулируют через кровь, хотя и в меньшем количестве. 

Впоследствии моноциты становятся различными видами клеток. Те из них, которые стали макрофагами, оседают во многих тканях, особенно в лимфоидных тканях (например, селезенке и лимфатических узлах) и печени. Эти органы служат фильтрами для улавливания микробов и других посторонних частиц, поступающих через кровь или лимфу. 

Макрофаги живут дольше гранулоцитов. По сравнению с гранулоцитами макрофаги движутся относительно вяло. Они привлекаются различными раздражителями и обычно поступают в места вторжения инфекции позже, чем гранулоциты. 

Макрофаги распознают и поглощают инородные частицы также, как гранулоциты, хотя процесс пищеварения медленнее и не так завершен. 

Этот аспект имеет большое значение для роли, которую макрофаги играют в стимулировании конкретных иммунных реакций, например вакцинации, — то, в чем гранулоциты не играют никакой роли.

Природные клетки-киллеры

Естественные клетки-убийцы не атакуют вторгающиеся организмы напрямую, а вместо этого уничтожают собственные клетки организма, которые либо стали раковыми, либо заражены вирусом.

Клетки-киллеры были впервые обнаружены в 1975 году, когда исследователи наблюдали клетки в крови и лимфоидных тканях. Они не были ни макрофагами, ни обычными лимфоцитами, но которые, тем не менее, были способны убивать клетки. Клетки-киллеры похожи по внешнему виду на лимфоциты. Но онитакже содержат гранулы, содержащие цитотоксические (убивающие клетку) химические вещества.

Как действуют Т-клетки-киллеры? 

Эти клетки распознают зараженные клетки-цели.  Затем они связываются с этими клетками и, подобно укусу змеи, вводят свои цитотоксический гранулы через наружную мембрану в цитоплазму клетки. Это приводит гибели смерти делящихся клеток. Клетки-киллеры не вредят бактериям, но они уничтожают инфицированные вирусами и некоторыми паразитами клетками организма. 

Клетки-киллеры являются третьим по распространенности типом лимфоцитов в организме, после B и T-лимфоцитов. Они развиваются из гемопоэтических стволовых клеток и созревают в костном мозге и печени.

Неспецифические меры реагирования на инфекцию

Организм имеет ряд неспецифических (общих) методов борьбы с инфекцией, которые называются ранними ответными реакциями. 

Они включают в себя острую фазу и воспаление, которые могут устранить инфекцию или держать ее под контролем. За это время должны успеть развиться специфические, приобретенные иммунные реакции.

Хотя неспецифические иммунные реакции возникают быстрее, чем приобретенные иммунные ответы, но они не обеспечивают длительного иммунитета к конкретным патогенам.

Такой иммунный ответ запускается посредством особых химических сигналов, в которых участвуют  цитокины. 

Что такое цикотины? 

К этим цитокинам относятся группа белков, называемых интерлейкины. Они вызывают местное повышение температуры и реакцию острой фазы, и вызывает выброс белка кахектина (производится макрофагами). Этот белок запускает реакцию, которая проявляется как воспаление.

Острая фазовая реакция

Когда организм вторгается патогеном, макрофаги высвобождают интерлейкины. Интерлейкины — это белковые сигналыдля стимуляции дальнейших реакций, чтобы помочь в борьбе с инфекцией. Следствием  является повышение температуры тела, вызывая лихорадку. Вот почему повышение температуры тела часто сопровождает инфекцию.

Как интерлейкины вызывают повышение температуры тела?

Интерлейкины повышают температуру тела, действуя на гипоталамус, регулирующий температуру в мозге. Такое влияние вызывает изменения в обмене веществ, в том числе жиров. 

Принято считать, что высокая температура помогает организму бороться с инфекцией, потому что большинство бактерий интенсивно размножаются при температурах ниже нормальной температуры тела. Но лихорадка является лишь частью более общего врожденного механизма защиты, называемого острофазовой реакцией. 

Помимо повышения температуры тела, интерлейкины стимулируют клетки печени выделять в кровь повышенное количество других белков. Эти белки, связываются с бактериями и тем самым активируют другие  белки, которые разрушают патоген. 

Белки острой фазы действуют аналогично антителам, но действуют неизбирательно, в отличие от антител. Вместо этого они атакуют широкий спектр микроорганизмов одинаково. 

Другим эффектом интерлейкинов является увеличение количества циркулирующих нейтрофилов и эозинофилов, которые помогают бороться с инфекцией.

Воспалительная реакция

Признаки воспаления включают боль, отек, покраснение и повышение температуры. Мы уже знаем, что эта защитная реакция вызвана интерлейкинами, которые высвобождаются макрофагами. 

Эти вещества способствуют притоку крови в этот район, повышают проницаемость капилляров и вызывают свертывание.

Покраснение происходит как раз из-за увеличения кровоснабжения. Повышенная проницаемость капилляров в месте воспаления приводит к тому, что клетки и жидкости проникают в ткань, вызывая отек и боль. Такое состояние привлекает все больше фагоцитарных клеток, чтобы помочь устранить патогены. 

Как быстро начинает действовать клеточный иммунитет?

Мы уже знаем, что первыми клетками, которые прибывают нейтрофилы и эозинофилы. Они появляются на месте воспаления в течение часа. За ними через несколько часов следуют макрофаги. Макрофаги не только поглощают патогены, но и помогают процессу заживления, уничтожая  остатки разрушенных клеток. 

Если инфекция продолжается, на место борьбы с инфекцией прибывают компоненты специфического иммунитета — антитела и Т-клетки. 

Специфический или приобретенный иммунитет

На протяжении веков уже известно, что те, кто заразился определёнными болезнями и затем выздоравливал, больше не болели этой болезнью снова. 

Греческий историк Фукидид записал, что, когда чума бушевала в Афинах в V в. до н.э, больные и умирающие вообще не получили бы никакого ухода, если бы не поддержка тех, кто уже оправился от болезни. Было известно, что никто никогда не заразился чумой во второй раз. 

То же самое относится, за редкими исключениями, ко многим другим заболеваниям, таким как оспа, ветряная оспа, корь и свинка. Тем не менее, наличие кори не мешает ребенку заразиться ветрянкой или наоборот.

Защита, полученная при выздоровлении от одной из этих инфекций, специфична только для этой инфекции. Другими словами, она появляется благодаря  специфическому, приобретенному иммунитету. Ещё его  называют адаптивным иммунитетом.

Существуют и другие инфекционные заболевания, такие как простуда, грипп, пневмония и диарея, которыми можно заразиться снова и снова; они, похоже, противоречат понятию специфического иммунитета. 

Но причина, по которой можно заболеть повторно таким заболеваниями, заключается в том, что очень разные виды микробов вызывают похожие симптомы, например насморк, или диарею. 

Например, более 200 вирусов могут вызвать набор симптомов, известный как простуда. Если кто-то переболел простудой, то у него сформировался иммунитет, скажем, только на 1 вид вируса из 200. По этой причине так часто встречается обычная простуда. 

Приобретенный иммунитет зависит от специализированных белых кровяных телец, известных как лимфоциты. Мы здесь рассматриваем различные способы, с помощью которых лимфоциты действуют для формирования  определенного иммунитета. Хотя первые исследования были начаты в конце 19-го века, большая часть знаний о конкретном иммунитете была получена с 1960-х годов, и до сих пор постоянно появляются новые открытия и гипотезы. 

Природа лимфоцитов

Что такое лимфоциты?

Лимфоциты — это клетки, с помощью которых организм различает и реагирует на почти бесконечное количество различных инородных веществ, в том числе тех, из которых состоят микробы. Лимфоциты в основном являются «спящей армией», ожидающей сигналов к атаке.

Такие лимфоциты — это небольшие круглые клетки, заполненные в основном ядром. Хотя у них есть только небольшое количество цитоплазмы по сравнению с другими клетками, каждый лимфоцит достаточно развит, чтобы сохранить клетку живой. 

Где находятся лимфоциты?

Лимфоциты самостоятельно двигаются не очень активно.  Но они могут быстро перемещаться по телу, когда их находятся в крови или лимфе. В обычном  времени у взрослого человека только около 1%  лимфоцитов находятся в кровотоке. 

Большинство сосредоточено в различных тканях, разбросанных по всему телу, особенно в костном мозге, селезенке, тимусе, лимфатических узлах и слизистой оболочках кишечника, которые составляют лимфатическую систему. 

Органы или ткани, содержащие такие концентрации лимфоцитов, описываются как лимфоиды. Лимфоциты в лимфоидных структурах свободно перемещаются.  Они ограничены тонкой сетью лимфатических капилляров, расположенных в соединительных тканях, которые направляют лимфоциты так, чтобы они соприкасались с другими клетками, особенно макрофагами, которые выстилают сетки сети. Это обеспечивает, что взаимодействие лимфоцитов друг с другом и с инородными материалами, захваченными макрофагами.

Что такое Т и В-клетки?

Лимфоциты происходят из стволовых клеток костного мозга. Эти стволовые клетки непрерывно делятся, высвобождая незрелые лимфоциты в кровоток. Некоторые из этих клеток направляются в тимус, где они размножаются и превращаются в Т-лимфоциты или Т-клетки. 

T расшифровывается как тимус, имеется в виду, что эти клетки созревают в тимусе. После того, как они покинут тимус, Т-клетки попадают в кровоток и циркулируют в остальные лимфоидные органы и внутри них, где они могут размножаться дальше в ответ на соответствующую стимуляцию. 

Около половины всех лимфоцитов являются Т-клетками. Некоторые лимфоциты остаются в костном мозге, где они дифференцируются, а затем перемещаются непосредственно к лимфоидным органам. Они называются B-лимфоцитами, или B-клетками, и они, как и Т-клетки, могут созревать и размножаться дальше в лимфоидных органах дальше. 

Их называют В-клетками из-за того, где они были обнаружены первоначально. Впервые они были обнаружены в лимфоидном органе птиц — бурсе (сумке) Фабрициевой сумке (Bursa fabricii). У человека и других млекопитающих они производятся костюм мозгом. 

Какая роль Т и В-клеток?

B и Т-клетки распознают и помогают устранить инородные молекулы (антигены). Например это могут быть части вторгшихся организмов. Но они делают это по-разному. 

В-клетки обеспечивают гуморальный иммунитет

B-клетки выделяют антитела, белки, которые связываются с антигенами. Поскольку антитела циркулируют через жидкости организма, защита, предоставляемая B-клетками, называется гуморальным иммунитетом. 

Т-клетки обеспечивают клеточный иммунитет

Т-клетки, напротив, не производят антитела, а вместо этого непосредственно атакуют захватчиков. Поскольку в этом случае защита обеспечивается непосредственным участием клеток, а не антител, иммунитет называется клеточно-опосредованным. 

Т-клетки распознают только инфекционные агенты, которые вошли в клетки организма, в то время как B-клетки и антитела взаимодействуют с захватчиками, которые остаются за пределами клеток организма. 

Однако эти два типа специфического, приобретенного иммунитета не так отличаются, как можно было бы сделать вывод из описанного выше, поскольку Т-клетки также играют важную роль в регулировании функции В-клеток. Во многих случаях иммунный ответ включает в себя как гуморальные, так и клеточные нападения на инородное вещество. Кроме того, оба класса лимфоцитов могут активировать различные иммунные реакции.

Как иммунитет распознает чужеродные молекулы

Лимфоциты отличаются от других клеток своей способностью распознавать чужеродные молекулы. Распознавание осуществляется с помощью молекул рецепторов. 

Молекула рецептора — это специальный белок, форма которого дополняет часть чужеродной молекулы. Эта позволяет рецептору и чужеродной молекуле соответствовать друг другу аналогично тому, как ключ вписывается в замок.

Молекулы рецепторов либо прикреплены к поверхности лимфоцита, либо выделяются в жидкости организма. B и T-лимфоциты имеют молекулы рецепторов на своих клеточных поверхностях, но только B-клетки производят и выделяют большое количество неприсоединенных молекул рецепторов, называемых антителами. Антитела соответствуют по структуре молекулам рецепторов на поверхности B-клетки.

Что такое антигены

Любой инородный материал, обычно сложный характер и часто белок, который связывается конкретно с антителами, произведенной лимфоцитами, называется антигеном. 

Как действуют антигены

Антигены это молекулы, которые обнаружены на вторгшихся микроорганизмах, таких как вирусы, бактерии, простейшие и грибы, а также молекулы, расположенные на поверхности инородных веществ, таких как пыль, пыль или пересаженная ткань. 

Когда антиген связывается с молекулой рецептора, он может вызвать или не вызвать иммунный ответ. Антигены, которые вызывают такой ответ, называются иммуногенами. Таким образом, можно сказать, что все иммуногены являются антигенами, но не все антигены являются иммуногенами. 

Т-клетки и В-клетки различаются по форме антигена, который они распознают. Это влияет на то, какие антигены они могут обнаружить. B-клетки связываются с антигеном на микробах, которые находятся в кровообращении за пределами клеток организма. А Т-клетки обнаруживают только захватчиков, которые каким-то образом проникли в клетки организма. 

Таким образом, если, например, вирус проник в клетки и размножается внутри них, он находится вне досягаемости антител, но может быть уничтожен Т-клетками.

Разнообразие лимфоцитов

Специфическая иммунная система (другими словами, все многообразие лимфоцитов) может распознавать практически любую сложную молекулу. 

Эта замечательная способность является результатом триллионов различных антигенных рецепторов, которые вырабатываются B и T-лимфоцитами. Каждый лимфоцит производит свой собственный специфический рецептор, который структурно организован таким образом, что он реагирует на другой антиген. 

После того, как клетка сталкивается с антигеном, который она распознает, она стимулируется к размножению, и популяция лимфоцитов, несущих этот конкретный рецептор, увеличивается. На это нужно время и эта способность лежит в основе формирования приобретенного иммунитета.

В-клеточные антигенные рецепторы и антитела

Антитела относятся к классу белков, называемых глобулинами, названных так в честь их шаровой структуры.  Таким образом, описания структуры и свойств антител, на примере хорошо изученных иммуноглобулинов будет верным и для всех антител. 

Производство антител

Большинство людей имеют довольно постоянное количество иммуноглобулина в крови, что представляет собой баланс между непрерывным распадом этих белков и их производством. 

Часть нормального производства иммуноглобулина, представляет собой реакцию на антигенную стимуляцию, которая происходит постоянно, но даже животные, выращенные в стерильных условиях, производят значительное, хотя и меньшее количество иммуноглобулина. 

Поэтому большая часть иммуноглобулина должна представлять собой продукт постоянного выделения всех B-клеток. 

Все В-клетки имеют потенциал для использования любого из классов иммуноглобулина, который они выделяют. Их можно стимулировать. 

В-клетки, которые специализируются на реагировании на повторные инфекции данным антигеном, немедленно делают IgG или IgA. То, что определяет баланс между классами антител, не до конца определено. Однако на него влияют природа и место проникновения антигена (например, паразиты, как правило, вызывают производство IgE).

Т-клеточные антигенные рецепторы

Т-клеточные антигенные рецепторы встречаются только на клеточной мембране. По этой причине Т-клеточные рецепторы было трудно изолировать в лаборатории и они не были идентифицированы до 1983 года. 

Молекула Т-клеточного рецептора встроена в мембрану клетки, а часть молекулы простирается от поверхности клетки наружу. Благодаря этому такия клетка может распознавать антигены.

Функция Т-клеточного рецептора

Несмотря на структурное сходство, рецепторы на Т-клеток функционируют иначе, чем у В-клеток. Это потому что они играют разные роли в иммунной системе.

B-клетки выделяют антитела к антигенам в крови и других жидкостях организма, но Т-клетки не могут связываться со свободно плавающими антигенами. Вместо этого они связываются с фрагментами инородных белков, которые отображаются на поверхности клеток организма. 

Таким образом, как только вирусу удается заразить клетку, он удаляется из досягаемости циркулирующих антител только для того, чтобы стать восприимчивым к атаке Т-клетки.

Но как фрагменты инородного вещества отображаются на поверхности клетки тела? Во-первых, чужеродное вещество должно попасть в клетку. Этот может произойти либо в результате фагоцитоза, либо из-за инфекции.

Затем патоген частично переваривается клеткой тела, и один из его фрагментов перемещается на поверхность клетки, где он связывается с белком клеточной поверхности.

Жизненный цикл лимфоцитов T и B

Т-клетки хелперы и киллеры

Когда Т-клеточные предшественники покидают костный мозг для того чтобы попасть в тимус. Внутри тимуса Т-клетки много раз делятся, проходя через сетку тимусовых клеток. 

В процессе размножения они приобретают антигенные рецепторы и дифференцируются в Т-хелперы или цитотоксические Т-киллеры. Эти типы клеток, похожие по внешнему виду, можно отличить по их функции и по наличию специальных поверхностных белков, CD4 и CD8. 

Клеточный иммунитет изменяется с возрастом

Выработка Т-клеток в тимусе является непрерывным процессом у молодых животных. У людей большое количество Т-клеток вырабатывается до рождения, но производство постепенно замедляется во взрослом возрасте и значительно уменьшается в пожилом возрасте, к тому времени тимус стал небольшим и частично атрофированным. Этот факт может объяснить, почему с возрастом все заживает и восстанавливается дольше чем в молодом возрасте, особенно детском. 

Однако клеточный иммунитет сохраняется на протяжении всей жизни, потому что некоторые из Т-клеток, которые вышли из тимуса, продолжают делиться и функционировать в течение очень длительного времени.

B-клетки

В-клеточные предшественники непрерывно генерируются в костном мозге на протяжении всей жизни, но, как и в случае с генерацией Т-клеток, скорость уменьшается с возрастом. 

Если они не стимулируются к созреванию, большинство B-клеток умирают, хотя созревшие могут долго выжить в лимфоидных тканях. Следовательно, на протяжении всей жизни происходит постоянное пополнение запаса B-клеток. 

Активация лимфоцитов T и B

При жизни лимфоцит может вступать или не вступать в контакт с антигеном, который он способен распознавать, но если он это делает, то может быть активирован, чтобы размножить на большое количество идентичных клеток, называемых клоном. 

Клональный отбор

Каждый клон несет один и тот же антигенный рецептор и, следовательно, имеет ту же восприимчивость к антигену, что и исходный лимфоцит. Процесс, называемый клональным отбором, является одним из фундаментальных понятий иммунологии.

Два типа клеток вырабатываются путем клонального отбора — клетки-эффекторы и клетки памяти. Эффекторные клетки — это относительно недолговечные активированные клетки, которые защищают организм во время иммунной реакции. Эффекторные B-клетки называются плазматическими клетками и выделяют антитела, а активированные Т-клетки состоят из  цитотоксических Т-киллеров  и Т-хелперов.

Производство эффекторных клеток в ответ на первое воздействие антигена называется первичным иммунным ответом. В-клетки памяти также создаются в это время, но на данный момент они неактивны. 

Однако, если организм повторно подвергается тому же антигену, который стимулировал их образование, организм настраивается второй иммунный ответ, который запускается этими клетками длительной памяти, которые затем порождают другую популяцию идентичных эффекторных клеток и клеток памяти. 

Этот механизм известен как иммунологическая память и отвечает за пожизненные иммунитеты к таким заболеваниям, как, например, корь, которой переболели в детстве. 

Активация Т-клеток

Т-клетки-хелперы не убивают напрямую инфицированные клетки, как это делают цитотоксические Т-клетки. Вместо этого они помогают активировать цитотоксические Т-клетки и макрофаги для атаки на инфицированные клетки или стимулируют В-клетки выделять антитела. 

Т-хелперы активируются путем взаимодействия с макрофагами. Макрофаги поглощают микроб, частично разрушают его и выводят фрагменты микроба, то есть антигены, на поверхность клетки. И здесь вступают в работу Т-хелперы — происходит их активация.

Результат такой активации Т-хелперов заключается в увеличении количества Т-клеток-хелперов, которые распознают этот конкретный инородный антиген. Они вырабатывают несколько Т-клеточных цитокинов (химические вещества, выполняющие роль сигналов). 

Цитокины в свою очередь запускают выработку в том числе Т-киллеров, распознающим тот же антиген. Цитотоксические Т-клетки атакуют клетки-мишени, которые выделяют эти антигены, вырабатываемые вирусами или бактериями, растущими внутри них.

Активация B-клеток

B-клетка активируется, когда ее рецептор распознает антиген и связывается с ним. Однако в большинстве случаев активация В-клеток зависит от второго фактора, упомянутого выше — стимуляции активированной Т-хелпера. 

Как только Т-хелпер был активирован антигеном, он становится способным активировать B-клетки, которая уже столкнулась с тем же антигеном, посредством цитокинов.

Взаимодействие с антигенами приводит к диференциации B-клеток на клоны иммуноглобулин-секретирующих клеток. Затем B-клетки стимулируются различными цитокинами для развития в клетки, вырабатывающие антитела, называемые плазматические В-клетки. 

Каждая плазматическая клетка может выделять несколько тысяч молекул иммуноглобулина каждую минуту и продолжать делать это в течение нескольких дней. Большое количество этого конкретного антитела высвобождается в кровообращение. 

Первоначальный всплеск производства антител постепенно уменьшается по мере удаления стимула (например, путем восстановления после инфекции), но некоторые антитела продолжают присутствовать в течение нескольких месяцев после этого.

Только что описанный процесс происходит среди циркулирующих B-лимфоцитов. Однако B-клетки, которые называются клетками памяти, сталкиваются с антигеном в в лимфоидных тканях, где присутствует мало Т-клеток, и активируются по-другому. 

Клетки памяти активно размножаются, но не выделяют антитела. Вместо этого они остаются в тканях и кровообращении в течение многих месяцев или даже лет. 

Если с помощью Т-хелперов B-клетки памяти снова сталкиваются с активирующим антигеном, эти B-клетки быстро реагируют, клонируясь. Так образуются активированные клетки, которые производят и высвобождают свои специфические антитела, так и другую группу клеток памяти. 

Первая группа клеток памяти ведет себя так, как будто она «помнит» первоначальный контакт с антигеном. Так, например, если антиген микробный и человек повторно заражен микробом, клетки памяти вызывают быстрый рост уровня защитных антител и, таким образом, предотвращают развитие связанного с этим заболевания.

Иммунные механизмы, опосредованные антителами

Прикрепление к антигенам

Многие патогенные микроорганизмы и токсины можно обезвредить путем простого присоединения антител. Например, некоторые вредные бактерии, вызывающие дифтерию столбняк, выделяют токсины, отравляющие жизненно важные клетки организма. Антитела, особенно иммуноглобулин, которые соединяются с такими токсинами, нейтрализуют их. 

Такому  механизму подвержены инфекционные микробы, включая все вирусы, некоторые бактерии и простейшие, которые живут в клетках организма. Эти патогены несут особые молекулы, которые они используют для прикрепления к клеткам-хозяевам, чтобы они могли проникать в них и вторгаться в них. 

Антитела могут связываться с этими молекулами, чтобы предотвратить инвазию. Присоединение антител также может обездвижить бактерии и простейшие, которые плавают с помощью хлыстовых жгутиков. В этих случаях антитела защищают просто блокируют микробы, хоть и не убивают их. 

Фактическое уничтожение микробов (фагоцитоз) происходит гранулоцитами и макрофагами, которые тут же приступают к работе.

Другие опосредованные антителами механизмы 

Защита, обеспечиваемая антителами, которые переносятся на поверхность слизистой оболочкой, несколько отличается. Активация комплемента не задействована; в слизистой оболочке кишечника или нет белков комплемента дыхательных путей. Здесь основной иммунный механизм защиты — это, прежде всего, действие антител на микроб, чтобы предотвратить его попадание в клетки слизистой оболочки. 

Эти антитела также задействуют уникальные механизмы. Когда эти —антитела взаимодействуют с патогенов, запускается процесс высвобождения химически-активного содержимого гранул клеток. 

Выделяемые химические вещества вызывают внезапное увеличение проницаемости местных кровеносных сосудов и активацию тромбоцитов (фрагментов клеток крови, запускающих свертывание), которые высвобождают свои собственные активные вещества. 

Такие реакции также стимулируют сокращение гладких мышц в кишечнике или дыхательных трубках. Также активизируется выделение жидкости  слизистых. Все эти действия приводят  к вытеснению крупных многоклеточных организмов.

Клеточно-опосредованные иммунные механизмы

В дополнение к их важности во взаимодействии с В-клетками, которые секретируют специфические антитела, Т-клетки играют важную отдельную роль в защите от антигенов, которые ускользнули или обошли защитные механизмы антител. 

Иммунологи давно признали, что антитела не обязательно защищают от вирусных инфекций, потому что многие вирусы могут напрямую передаваться от клетки к клетке и таким образом избегать попадания антител в кровоток. Также известно, что люди, у которых не вырабатываются антитела, очень восприимчивы к бактериальным инфекциям, но не подвержены вирусным инфекциям. 

Защита в этих случаях является результатом клеточного иммунитета, который разрушает и уничтожает клетки организма, в которых вирусы или другие внутриклеточные паразиты (например, бактерии, вызывающие туберкулез) активно растут, тем самым лишая микроорганизмы места обитания и таким образом желая из видимыми антителам.

Как мы узнали ранее, клеточный иммунитет имеет два механизма: 

1. Запуск Т-хелперов, которые выделяют цитокины. Так они подают  сигналы к действия другим клеткам, в частности, стимулируя макрофагов пожирать микробов. Это может склонить чашу весов против микробов в пользу организма. 
2. Запуск цитотоксических Т-киллеров. Они прикрепляются своими рецепторами к клеткам-мишеням, поверхность которых выделяет  соответствующие антигены. Так они видят, что клетка заражена и уничтожают ее. 

Как  запускается процесс «убийства» клетки?

Цитотоксические Т-клетки могут убивать инфицированные клетки разными способами. 

• Уничтожение клетки напрямую
• Активизация процесса самоуничтожения — апоптоз.

Гранулярные Т-клетки высвобождают содержимое своих цитотоксических гранул в месте межклеточного контакта. Это делает клеточную мембрану клетки-мишени проницаемой, что позволяет клеточному содержимому вытекать наружу и приводит к гибели клетки. Это основной способ уничтожения заражённой клетки.

Негранулярные цитотоксические Т-клетки убивают клетк, обычно за счет активации процесса самоуничтожения. Целевая клетка, по сути, совершает самоубийство, тем самым уничтожая вирус внутри клетки. Это процесс известен как апоптоз и постоянно происходит в организме. 

Что такое апоптоз? 

Благодаря апоптозу мы слышим о случаях, когда кто-то победил рак без хирургического вмешательства. 

У взрослых апоптоз используется для удаления клеток, которые стали угрозой для выживания. К таким клеткам могут относиться раковые клетки или клетки, зараженные бактериями или вирусом. 

Апоптоз также удаляет клетки, которые являются нормальными, но больше не нужны, такие как клетки, которые вырабатывают антитела после того, как потребность в антителах прошла. 

Апоптоз также может быть вызван в нормальных клетках внешними раздражителями, включая удаление питательных веществ, токсины, гормоны, тепло и облучение. По некоторым оценкам, масса клеток, равная массе тела, удаляется апоптозом каждый год.

Иммунитет против рака

Раковые клетки — это нормальные клетки организма, которые были изменены таким образом, чтобы они могли постоянно делиться, игнорируя обычные сигналы сдерживания. В результате раковые клетки образуют кластеры клеток, называемые опухолями. Они могут проникать в ткани и колонизируют их. В конечном итоге они подрывают функцию органов настолько, что  вызывают смерть. 

В 1950-х и 1960-х годах ряд иммунологов продвигали теорию, о том, что Т-клетки постоянно патрулируют тело в поисках аномальных клеток тела, несущих на своей поверхности антигены, которых нет на здоровых клетках тела. Хотя эта теория имеет свои убедительные аспекты, она остается всего лишь теорией, причем весьма спорной.

Роль иммунной системы в защите от рака полностью не объяснена, но, тем не менее, нет никаких сомнений в том, что в некоторых случаях иммунная система может отличать раковые клетки от нормальных клеток. 

Изучение опухолей иммунологии однозначно показало, что раковые клетки действительно несут антигены, которых нет на здоровых клетках. Иммунологи широко различают два типа опухолевых антигенов. 

• Специфические опухолевые антигены, которые обнаруживаются только на раковых клетках, а не на их нормальных аналогах
• Асоциированные с опухолью антигены, которые обнаруживаются как на нормальных, так и на раковых клетках, но которые аномально производятся — например, в избытке — на раковых клетках. 

В обоих случаях было показано, что эти антигены вызывают иммунный ответ, хотя и не обязательно достаточно сильный, чтобы уничтожить опухоль.

Почему клетки опухоли продолжают расти, если иммунитет способен их распознать и уничтожить?  

Благодаря экспериментам на животных были определены механизмы, позволяющие раковым клетками избежать распознавания и уничтожения именной системой? Поверхности раковых клеток могут терять антигены, распознаваемые иммунной системой: 

1. Раковые клетки могут не выделять антигены, которые позволяют Т-клеткам распознать и уничтожить их. 
2. Одни раковые клетки вырабатывают подавляющие иммунную систему химические вещества, которые могут напрямую влиять на Т-киллеры, делая их неактивными.  
3. Другие раковые клетки выделяют антигены в большом количестве, и эти антигены могут связываться с рецепторами цитотоксических Т-киллеров, закупоривая их, так что Т-клетки не могут связываться с раковыми клетками и устранить их.
4. Некоторые раковые клетки могут перехитрить иммунный ответ, так быстро разрастаясь или превращаясь в такую ​​плотную массу, что иммунные клетки не могут вступить в контакт с большинством из них.

Другие нарушения иммунной системы, такие как подавление иммунитета или иммунодефицит, могут способствовать развитию и росту рака. Группы в зоне риска: 

• Пациенты после трансплантации, которые лечились иммунодепрессантами в течение длительного периода времени, более склонны к развитию определенных типов рака
• Пациенты с иммунодефицитными заболеваниями. Например, люди со СПИДом (синдром приобретенного иммунодефицита) более склонны к развитию рака, связанного с вирусами, такого как саркома Капоши 
• Люди пожилого возраста. Заболеваемость раком также значительно увеличивается в пожилом возрасте, когда некоторые иммунные реакции снижаются. 

Исследования продолжаются 

Много исследований было посвящено разработке эффективных иммунотерапевтических средств против рака. Одно направление исследований было сосредоточено на поиске способов иммунизации пациентов против конкретного рака, растущего внутри них. Этот подход нацелен на опухолеспецифические антигены, обнаруженные на раковых клетках. 

Например, исследователи работают над разработкой вакцин, которые стимулируют иммунный ответ на эти антигены, надеясь, что эта реакция будет достаточно сильной, чтобы устранить рак.

Прогресс в понимании учеными механизмов, лежащих в основе активации Т-клеток и иммунной регуляции, облегчил разработку человеческих моноклональных антител, специально предназначенных для лечения определенных видов рака. Так появляются высокоэффективные иммунотерапевтические средства против некоторых видов рака.

Профилактическая иммунизация

Профилактическая иммунизация относится к искусственному установлению специфического иммунитета, методике, которая значительно снижает страдания и смерть от различных смертельно опасных инфекционных заболеваний. 

Есть два типа профилактических прививок:

• Пассивная  иммунизация, когда защита предоставляется путем введения предварительно сформированные антитела или лимфоциты, выработанные другим организмом, чья иммунная система уже справилась с соответствующей болезнью
• Активная иммунизация, в которой защита появляется от введения вакцины, с мертвыми или безвредными живыми формами организма (его частицами) или с инактивированным токсином, который стимулирует иммунную систему к выработке лимфоцитов и антител против этого организма или токсина.

Пассивная иммунизация

Иногда инфекционный организм или ядовитое вещество могут иметь настолько быстрое пагубное воздействие, что у жертва не успевает развить иммунный ответ. К примеру, это может быть укус смертельно ядовитой змеи. Здесь счёт идёт на минуты или часы. Организм просто не успеет запустить необходимые иммунные реакции.

В такие моменты пассивная иммунизация готовыми антителами может оказать жизненно важную помощь в борьбе с патогеном или ядом. Эта ситуация может возникнуть у жертв ядовитых укусов змей или ботулизма, а также вовсе случаях, когда бактериальные токсины попали в кровоток. 

То же самое и с укусами бешеного животного. Но здесь одновременно с укусом начинается не пассивная, а активная иммунизация, поскольку распространение бешенства инфекции в центральную нервную систему происходит относительно медленно. 

Врачи используют пассивную иммунизацию в качестве временной защиты для лиц, путешествующих в страны, где распространен гепатит B. Пассивная иммунизация дает антитела людям, у которых недостаточно B-клеток и, следовательно, не могут производить их. Кроме того, как обсуждалось ранее, пассивная иммунизация анти-резус-антителом может предотвратить смерть плода из-за конфликта резус-факторов.

Защитные иммуноглобулины — в первую очередь IgG класса — могут быть получены из крови людей или других видов (например, лошадей или кроликов), у которых уже развился специфический иммунитет против соответствующих антигенов. Эти препараты известны как антисыворотки . 

Человеческий иммуноглобулин IgG медленно разрушается в организме получателя антител. Его концентрация падает примерно наполовину каждые три недели, так что достаточное количество антител может присутствовать в течение двух или три месяца. 

Человеческая антисыворотка используется всякий раз, когда она доступна. Дело втом, что IgG других видов с гораздо большей вероятностью спровоцируют иммунный ответ, который устранит антитело и может привести к тяжелым аллергическим реакциям.

Активная иммунизация

Активная иммунизация направлена ​​на обеспечение наличия в организме достаточного количества антител или Т- и В-клеток.. Так они смогут сразу же обезвредить опасный микроб, не дав ему размножиться и вызвать опасные симптомы. 

Вакцины, используемые для активной иммунизации, не обязательно должны содержать живые микробы. Важно то, что они включают в себя антигены, которые вызывают иммунный ответ, и что эти антигены вводятся в безвредной форме. При этом их должно быть достаточно по количеству и устойчивости, чтобы вызвать иммунный ответ, подобный естественной инфекции. 

Бактериальные токсины, например, вызывающие столбняк или дифтерию, можно обезвредить обработкой формальдегидом, не влияя на их способность действовать как иммуногены. 

Эти модифицированные токсины, или токсоиды, обычно адсорбируются на неорганическом геле перед введением. Такой подход увеличивает вероятность того, что токсоид будет оставаться в макрофаге. Токсоиды вызывают эффективный и длительный иммунитет против бактериальных токсинов. 

Что такое инактивированные вакцины и для чего их используют?

Иногда важный антиген бывает неизвестен. Тогда разумно использовать весь микроб, который был убит таким образом, чтобы он не изменился. Такая вакцина называется инактивированной. Такие так называемые «убитые» вакцины используются для иммунизации против например, брюшной тифа, коклюша, чумы и гриппа . 

Что такое аттенуированные вакцины? 

Аттенуированные вакцины — это вакцины, которые содержат ослабленные штаммы бактерий или вирусов. Такие вакцины вызывают инфекцию, но не вызывают полного набора признаков и симптомов болезни. Поэтому инфекционный агент размножается в организме лишь ограничено и никогда не возвращается в опасную форму. 

Использование таких живых микробов обеспечивает наиболее эффективную профилактику из всех. Дело в том, что они действительно имитируют легкую форму естественной инфекции. Таковы вакцины от желтой лихорадки, полиомиелита (оральная вакцина), кори, краснухи и туберкулеза. 

Важное примечание: 

Несмотря на то, что живые вакцины достаточно ослаблены для здоровых людей, они могут вызывать настоящее заболевание у людей с иммунодефицитом.

Вакцины могут быть в виде спрея

Большинство вакцин вводят путем инъекции, но некоторые вводят через спрей или в виде капель. В конечном итоге вакцины для слизистых оболочек могут быть наиболее эффективными вакцинами из-за их уникальной способности стимулировать ответы IgA. 

Это означает, что иммунитет вызывается максимально приближенным к естественному способу. Другим важным преимуществом такого ввода вакцины — максимальная простота их введения. 

Технология рекомбинантной ДНК позволила исследователям использовать измененные бактерии и вирусы. Они неопасны для человека. Этот подход включает введение в ДНК безвредного микроба гена опасного микроорганизма. 

После прививки хозяину этот безвредный изменённый микроорганизм производит защитный антиген опасного микроба и вызывает иммунный ответ хозяина.

Например на основе этого метода была разработана эффективная пероральная вакцина против холеры.

Иногда разные штаммы микроорганизмов вызывают одно и то же заболевание. В таких случаях ни естественная инфекция, ни иммунизация одним штаммом не защищает от заражения другими. 

Например, различные вирусы вызывают простуду, но иммунизировать против каждого штамма непрактично. 

С другой стороны, хотя существует более 60 различных штаммов пневмококков, которые могут вызывать бактериальную пневмонию, некоторые штаммы встречаются гораздо чаще, чем другие. Следовательно, вакцина в таком случае более рациональна.

Активная иммунизация часто является наиболее эффективным и наименее затратным методом защиты от инфекционного заболевания. Кампании вакцинации против многих болезней, таких как дифтерия, полиомиелит и корь, оказались чрезвычайно успешными. 

В случаях, когда 95 процентов или более подверженного риску населения защищены, активная иммунизация может привести к искоренению возбудителя инфекции во всем мире, как это было достигнуто в случае оспы.

Заключение

Иммунная система человека — очень сложный природный механизм. Еще далеко до того, чтобы сказать, что он полностью изучен. Однако уже сейчас изучены и хорошо известны его основные механизмы

Каждый из нас должен быть заинтересован  в его укреплении. В конечном счете, это сильно повлияет на качество нашей жизни. Физкультура, хорошее питание, содержащее все необходимые витамины, минералы, здоровый образ жизни — все это в комплексе способствует укреплению иммунитета, но, к сожалению, не гарантирует постоянного здоровья.

Вакцинация является разумным средством, которое, наряду с другими факторами может снизить риски для жизни от смертельно опасных болезней. Ее разработка, производство, эффекты и воздействие на иммунитет имеет достаточное научное обоснование.

По материалам “Britanica”

Если вам понравилась статья, приглашаем подписаться на рассылку самых интересных статей. Обещаем не спамить.