В переводе с латинского immunitas означает «освобождение», «независимость» от чего-либо. Когда в начале ХХ столетия отец русской иммунологии И.И. Мечников был, по его словам, «втянут в изучение заразных бактерий», он открыл иммунитет как состояние, при котором организм отличается повышенной устойчивостью и невосприимчивостью к заразным заболеваниям. Такие представления об иммунитете сохранялись несколько десятилетий. В 1960-е годы при изучении защитных механизмов человека наш соотечественник Р.В. Петров расширил понятие «иммунитет» и назвал его «способом зашиты организма от живых тел и веществ, несущих на себе признаки генетически чужеродной информации». Сегодня, произнося слово «иммунитет» или «иммунная система», врачи подразумевают всю совокупность факторов и механизмов, обеспечивающих сохранение внутренней среды организма от болезнетворных микроорганизмов и других чужеродных агентов.
Как работает иммунная система?
Самые маленькие наши защитники называются лимфоцитами. Это белые кровяные клетки, на поверхности которых есть специфические рецепторы, способные распознавать отличительные признаки чужака. Именно лимфоциты первыми встречаются с «врагом». Если это уже знакомый «преступник», «фоторобот» которого имеется у лимфоцита, бой будет скорым и закончится победой лимфоцитов. «Интервент» будет поглощен и уничтожен. А вот если на организм напал незнакомый агрессор, то лимфоциты запускают целый ряд иммунных реакций.
По-научному чужака в организме называют антигеном. Это вещество, несущее признаки генетически неизвестной огранизму информации. Попадая на рецепторы лимфоцита, антиген вызывает через каскад клеточных взаимодействий выработку антител — специфических веществ-нейтрализаторов данного антигена. Антитела, в отличие от лимфоцитов, являются неклеточными носителями иммунитета — иммуноглобулинами. Таким образом, в иммунологии принято выделять клеточные и неклеточные звенья иммунитета, а также различать неспецифические факторы иммунной системы, препятствующие проникновению в организм всех антигенов, и специфические — ведущие борьбу с антигенами определенных видов.
Виды иммунитета
Врожденный (неспецифический, естественный) иммунитет генетически закреплен за определенным биологическим видом (как хвост или прямохождение) и передается по наследству. Именно благодаря ему человек не может заболеть собачьей чумкой, а собака не может заболеть гонореей. Функционирование неспецифического иммунитета обеспечивается множеством клеточных и неклеточных (так называемых гуморальных) факторов. Например, кожа и слизистые оболочки являются для большинства микробов надежным барьером. Защиту организма осуществляют также потовые, сальные, слюнные железы, — а точнее, выделяемые ими вещества, губительные для большинства патогенных бактерий. Нормальная микрофлора кишечника содержит микроорганизмы, которые являются естественными врагами многих возбудителей заболеваний. С инфекцией в пищеварительном тракте борются также желудочный сок (соляная кислота), ферменты и желчь.
Естественная защита организм очень сильна. Но ее враги — микроорганизмы, чужеродные молекулы и клетки — не дремлют. Они очень изменчивы. В результате своего совершенствования они могут становиться еще агрессивнее и прорывать первый фланг защиты организма. Кроме того, все, что нарушает целостность барьеров или нормальную секрецию организма, понижает естественный иммунитет. Это могут быть переохлаждения или стрессы, нехватка витаминов или прием лекарств, гормональный дисбаланс или хирургическое вмешательство. В этом случае проникновение микроорганизмов в организм существенно облегчается.
Если чужеродный агент миновал естественный барьер и попал в кровеносное русло организма, то возможно возникновение нескольких вариантов взаимоотношений антиген-организм, одним из которых является инфекционное заболевание. В этом случае в работу включается другое звено иммунитета — приобретенный иммунитет, — которое будет бороться с инфекцией в дальнейшем.
Основной характеристикой приобретенного иммунитета является выработка специфичных антител против того или иного антигена. Приобретенный иммунитет формируется в процессе жизни человека и по наследству не передается. Он уникален, как уникальны отпечатки пальцев, и является своеобразной «медицинской картой человека»: изменяется в зависимости от того, какими болезнями болел человек и какие прививки делал. Приобретенный иммунитет бывает естественным и искусственно приобретенным, активным или пассивным.
Если иммунитет появился после перенесенного заболевания, это — естественный приобретенный иммунитет. После атаки возбудителями заболевания организм сам вырабатывает антитела. Иногда они защищают организм от повторного заражения на недели и месяцы (например, гриппом болеют, как правило, раз в сезон). Иногда — на долгие годы или всю жизнь, как при кори или скарлатины (такой иммунитет называют стойким).
С открытием вакцинации людей стали прививать от разных заболеваний. Приобретенный после прививки иммунитет стали называть искусственным. Если человеку вводят ослабленные возбудители заболеваний, вызывающие иммунный ответ организма, речь идет об искусственно приобретенном активном иммунитете. Если в организм вводят готовые антитела — возникает пассивный иммунитет. У пассивного иммунитета есть существенное достоинство — он позволяет в кратчайшие сроки защитить человека, имевшего контакт с больным. Есть и минусы — пассивный иммунитет непродолжительный и более слабый, чем активный.
Новорожденный ребенок обладает пассивным иммунитетом. Находясь в утробе матери, малыш получает через плаценту антитела против возбудителей тех болезней, которыми мать переболела или которыми была иммунизирована. Этот пассивный трансплацентарный иммунитет ослабевает к 3–6 месяцам и угасает полностью к концу первого года жизни ребенка. Но его можно подкреплять, вскармливая младенца грудью — с молоком ребенок будет постоянно получать дополнительные порции антител. Эти данные о детском иммунитете помогают врачам выбрать правильную тактику при решении задач по профилактике инфекционных заболеваний на первом году жизни.
Как видите, иммунитет — действительно сложная система. Даже определений у иммунитета невероятно много. Он может быть антимикробным и антитоксическим, стерильным и нестерильным, местным и общим, а также трансплантационным. И это еще не все. Несмотря на то, что многие вопросы об иммунной системе остаются пока без ответа, общие истины известны: иммунитет ослабевает под воздействием неблагоприятных факторов, в здоровом теле — здоровый иммунитет, а вакцинация спасает жизни. По этой причине в наших силах соблюдать простые правила, а значит не болеть.
Формирование иммунитета
Иммунная система представляет собой совокупность лимфоцитов, макрофагов и ряда сходных с макрофагами клеток.
Центральные органы иммунной системы – костный мозг и тимус. Периферические – селезёнка, лимфатические узлы, пейровы бляшки кишечника, миндалины. Кроме того, значительная часть лимфоцитов и макрофагов находится в циркулирующей крови и лимфе.
В красном костном мозгу образуются полипотентные стволовые клетки, дающие начало всем формам кровяных и лимфоидных клеток. Стволовые клетки, дифференцирующиеся по лимфоидному типу, мигрируют в тимус. В тимусе под действием гормонов тимозина, тимостимулина, тимопоэтинов происходит дифференциация стволовых клеток в Т-лимфоциты. Образованные Т-лимфоциты через кровь и лимфу колонизируют тимусзависимые паракортикальные зоны лимфоузлов. Гуморальные факторы тимуса, выделяясь из тимуса в кровь, способны обеспечивать развитие Т-лимфоцитов вне ткани тимуса. Дифференциация и миграция Т-и В-лимфоцитов – процессы физиологические и зависят от активности костного мозга (стволовых кроветворных клеток и клеток-предшественников.
Центральный орган иммунной системы позвоночных - тимус развивается из жаберных карманов. Тимус состоит из 2-3 долек, каждая долька имеет корковый и мозговой слой. В корковом веществе происходит дифференциация родоначальной кроветворной костномозговой клетки в Т-лимфоциты. Т-лимфоциты мигрируют в мозговой слой, а оттуда с кровью и лимфой мигрируют в периферические лимфоидные органы - лимфоузлы, селезёнку и пейеровы бляшки.
В эмбриогенезе тимус формируется раньше других лимфоидных образований (на 5 неделе беременности) и к рождению является самым большим лимфоидным органом. У человека вес вилочковой железы увеличивается до начала полового созревания (до 30г, в среднем), а затем снижается в среднем, до 20г. Из тимуса в кровь поступают пептидные гормоны тимозины и тимопоэтины. Они стимулируют дифференцировку и пролиферацию Т- и В-лимфоцитов. Другие функции - контроль за нейромышечной передачей, состоянием углеводного обмена. Секреция этих гормонов регулируется глюкокортикоидами надпочечников и СТГ гипофиза.
Согласно новейшим данным иммунологов, при формировании иммунной системы важную роль играет аппендикс. Аппендикс нам необходим в младенчестве и первые годы жизни. Наибольшего развития он достигает вскоре после рождения, а затем, выполнив свою функцию в строительстве иммунной системы, орган начинает регрессировать.
Скопления лимфоидной ткани находят и в других местах желудочно-кишечного тракта. Эти образования отвечают за распознание чужеродных антигенов в пище.
Лимфоузлы служат механическими барьерами для микробов. В них происходит и рекогносцировка антигенов (чужеродных белков) и их элиминация.
Лимфатическая система также играет значительную роль в детоксикации организма и удалении избыточной жидкости. Каждая клетка окружена лимфой, её в нашем теле в 4 раза больше, чем крови. Кровь с кислородом и питательными веществами из капилляров просачивается в лимфу, окружающую клетки. Клетки забирают кислород и питательные вещества и выделяют взамен токсины, часть которых вновь попадает в капилляры. Мёртвые клетки, протеины крови и другой токсичный мусор удаляется через лимфатическую систему. Лимфа проходит через лимфатические узлы, в которых мертвые клетки и яды нейтрализуются и разрушаются. Если лимфатическую систему перекрыть на 24 часа, то организм неминуемо умрёт в результате накопления протеинов крови и излишней жидкости вокруг клеток.
В селезёнке паренхима содержит красную и белую пульпу. В красной пульпе преобладают эритроциты, а в белой лимфоциты и макрофаги.
Диффузно рассеянная лимфоидная ткань слизистых оболочек кишечника, дыхательных путей и мочеполового тракта состоит из скоплений лимфоцитов и макрофагов. При антигенном стимуле в ней активируются Т- и В-лимфоциты, а также макрофагальная реакция, продуцируются секреторные иммуноглобулины. Они обеспечивают местный иммунитет.
Различают 3 типа Т-лимфоцитов.
Т-киллеры разрушают инфицированные и злокачественные клетки. Клетки-мишени поражаются при прямом контакте под действием лимфотоксина без участия антител и комплемента.
Т-хелперы – посредники. Они через контакт с тимусзависимым антигеном индуцируют превращение В-лимфоцитов в плазмоциты. Индуцируют образование Т-киллеров.
Т-супрессоры - регуляторы антителообразования, участвуют в формировании иммунологической толерантности.
Основными клеточными элементами приобретённого иммунитета являются В-лимфоциты, Т-лимфоциты и макрофаги. Эта система функционирует как единое целое при гуморальном иммунном ответе в селезёнке и лимфоузлах. В-лимфоциты являются предшественниками плазмоцитов. Плазмоциты – это основные продуценты антител. В-лимфоциты созревают поэтапно: сначала в костном мозге, затем в селезёнке. Образованные плазмоциты продуцируют антитела, специфичность которых аналогична иммуноглобулинам М.
Патогенный микроб попадает в лимфоузел, где подвергается фагоцитозу. Клетки, способные поглощать и переваривать микробы, Мечников назвал фагоцитами. Различают фагоциты-микрофаги (нейтрофилы, эозинофилы, базофилы) и фагоциты-макрофаги (моноциты крови, гистиоциты, эндотелиальные и ретикулярные клетки внутренних органов и костного мозга).
В сыворотке новорождённых находят генетически запрограммированные нормальные антитела к различным видам микроорганизмов. Нормальные антитела экспрессируются на поверхностных мембранах незрелых В-лимфоцитов. Уровень свободно плавающих нормальных антител в крови возрастает, когда повышается их воспроизводство В-лимфоцитами. Последнее происходит под воздействием микроорганизмов, служащим пусковым сигналом.
Вскоре после рождения организм ребёнка заселяется микрофлорой. Кроме прямого антагонистического действия на патогенные микроорганизмы, нормальная микрофлора является, по-видимому, фактором стимуляции иммунной системы. Например, у безмикробных животных (гнотобиотов) остаётся недоразвитой лимфоидная ткань и в крови снижен нормальный уровень антител.
Маленькие дети особенно восприимчивы к вирусам до тех пор, пока не приобретут иммунитет к наиболее распространенным из них. Малыши простужаются в среднем 6-10 раз в год, так как их иммунная система недостаточно развита. К 8-летнему возрасту уровень антител в организме ребёнка достигает взрослой концентрации. В дальнейшем они болеют ОРВИ реже. Ребёнок к подростковому возрасту набирает банк данных - формирует библиотеку антител. Этот механизм хорошо работает в условиях жизни при большой скученности населения (в городе).
Красный костный мозг
Красный костный мозг (medulla ossium rubra) является кроветворной частью костного мозга. Он заполняет губчатое вещество плоских и трубчатых костей и во взрослом организме составляет в среднем около 4 – 5% общей массы тела. Красный костный мозг имеет темно-красный цвет и полужидкую консистенцию, что позволяет легко приготовить из него тонкие мазки на стекле. Он содержит стволовые кроветворные клетки (СКК) и диффероны гемопоэтических клеток эритроидного, гранулоцитарного и мегакариоцитарного ряда, а также предшественники В- и Т-лимфоцитов. Стромой костного мозга является ретикулярная соединительная ткань, образующая микроокружение для кроветворных клеток. В настоящее время к элементам микроокружения относят также остеогенные, жировые, адвентициальные, эндотелиальные клетки и макрофаги.
Ретикулярные клетки благодаря своей отростчатой форме выполняют механическую функцию, секретируют компоненты основного вещества — преколлаген, гликозаминогликаны, проэластин и микрофибриллярный белок и участвуют в создании кроветворного микроокружения, специфического для определенных направлений развивающихся гемопоэтических клеток, выделяя ростовые факторы.
Остеогенными клетками называют стволовые клетки опорных тканей, остеобласты и их предшественники. Остеогенные клетки входят в состав эндоста и могут быть в костномозговых полостях. Остеогенные клетки также способны вырабатывать ростовые факторы, индуцировать родоначальные гемопоэтические клетки в местах своего расположения к пролиферации и дифференцировке. Наиболее интенсивно кроветворение происходит вблизи эндоста, где концентрация стволовых клеток примерно в 3 раза больше, чем в центре костномозговой полости.
Адипоциты (жировые клетки) являются постоянными элементами костного мозга.
Адвентициальные клетки сопровождают кровеносные сосуды и покрывают более 50% наружной поверхности синусоидных капилляров. Под влиянием гемопоэтинов (эритропоэтин) и других факторов они способны сокращаться, что способствует миграции клеток в кровоток.
Эндотелиальные клетки сосудов костного мозга принимают участие в организации стромы и процессов кроветворения, синтезируют коллаген IV типа, гемопоэтины. Эндотелиоциты, образующие стенки синусоидных капилляров, непосредственно контактируют с гемопоэтическими и стромальными клетками благодаря прерывистой базальной мембране. Эндотелиоциты способны к сократительным движениям, которые способствуют выталкиванию клеток крови в синусоидные капилляры. После прохождения клеток в кровоток поры в эндотелии закрываются. Эндотелиоциты выделяют колониестимулирующие факторы (КСФ) и белок фибронектин, обеспечивающий прилипание клеток друг к другу и субстрату.
Макрофаги в костном мозге представлены неоднородными по структуре и функциональным свойствам клетками, но всегда богатыми лизосомами и фагосомами. Некоторые из популяций макрофагов секретируют ряд биологически активных веществ (эритропоэтин, колониестимулирующие факторы, интерлейкины, простагландины, интерферон и др.). Макрофаги при помощи своих отростков, проникающих через стенки синусов, улавливают из кровотока железосодержащее соединение (трансферрин) и далее передают его развивающимся эритроидным клеткам для построения геминовой части гемоглобина.
Межклеточное вещество - В костном мозге это вещество содержит коллаген II, III и IV типа, гликопротеины, протеогликаны и др.
Гемопоэтические клетки или кроветворные диффероны составляют паренхиму красного костного мозга.
Рассмотрим подребнее образование эритроцитов, гранулоцитов и тромбоцитов в красном костном мозге.
Эритроцитопоэз
Эритропоэз у млекопитающих и человека протекает в костном мозге в особых морфофункциональных ассоциациях, получивших название эритробластических островков.
Эритробластический островок состоит из макрофага, окруженного эритроидными клетками. Эритроидные клетки развиваются из колониеобразующей эритроидной клетки (КОЕ-Э), вступившей в контакт с макрофагом костного мозга. КОЕэ и образующиеся из нее клетки — от проэритробласта до ретикулоцита — удерживаются в контакте с макрофагом его рецепторами — сиалоадгезинами.
Макрофаги служат своего рода «кормильцами» для эритробластов, способствуют накоплению в непосредственной близости от эритробластов и поступлению в них эритропоэтина, витаминов кроветворения (витамина D3), молекул ферритина. Макрофаги островков фагоцитируют ядра, вытолкнутые эритробластами при их созревании и способны повторно присоединять КОЕэ и формировать вокруг себя новый очаг эритропоэза.
По мере созревания эритробласты отделяются от островков и после удаления ядра (энуклеации) проникают через стенку венозных синусов в кровоток. Стенки синусов состоят из эндотелиальных уплощенных клеток, пронизанных щелевидными отверстиями, или порами, в которые проникают форменные элементы крови и плазма. Среди эндотелиальных клеток есть фиксированные макрофаги.
Гранулоцитопоэз
Гранулоцитопоэтические клетки также образуют островки, главным образом по периферии костномозговой полости. Незрелые клетки гранулоцитарных рядов окружены протеогликанами. В процессе созревания гранулоциты депонируются в красном костном мозге, где их насчитывается примерно в 3 раза больше, чем эритроцитов, и в 20 раз больше, чем гранулоцитов в периферической крови.
Тромбоцитопоэз
«Гиганты красного костного мозга дают карликов крови» - Мегакариобласты и мегакариоциты располагаются в тесном контакте с синусами так, что периферическая часть их цитоплазмы проникает в просвет сосуда через поры. Отделение фрагментов цитоплазмы в виде тромбоцитов (кровяных пластинок) происходит непосредственно в кровяное русло.
Лимфоцитопоэз и моноцитопоэз
Среди островков клеток миелоидного ряда встречаются небольшие скопления костномозговых лимфоцитов и моноцитов, которые окружают кровеносный сосуд.
В обычных физиологических условиях через стенку синусов костного мозга проникают лишь созревшие форменные элементы крови. Миелоциты и эритробласты попадают в кровь только при патологических состояниях организма. Причины такой избирательной проницаемости стенки сосудов остаются недостаточно ясными, но факт проникновения незрелых клеток в кровяное русло всегда служит верным признаком расстройства костномозгового кроветворения.