Иммунитет – это биологическое явление, которое обеспечивается совокупностью реакций взаимодействия между системой иммунитета организма и биологически активными агентами – антигенами, в том числе микроорганизмами. Это взаимодействие может приводить к разным проявлениям: невосприимчивости организма к возбудителям инфекции; неот-вечаемости (толерантности) к антигенам; гиперчувствительности, аллергии на антигены-аллергены; аутоиммунным реакциям и развитию иммунологической памяти – способности отвечать усиленной и быстрой реакцией на повторный контакт с тем же антигеном. Основной функцией иммунной системы является защита организма от веществ, несущих признаки чужеродной генетической информации: вирусов, бактерий, простейших, чужеродных и злокачественных клеток, высокомолекулярных веществ.
Реакции иммунной системы могут быть специфическими и неспецифическими. Специфические реакции запускаются антителами или активированными Т-лимфоцитами при их взаимодействии с соответствующими антигенами. Неспецифические реакции осуществляются мононуклеарными фагоцитами, гранулоцитами, комплементом и тромбоцитами.
Способность реагировать выработкой специфических иммуноглобулинов (антител) при контакте с чужеродными антигенными продуктами свойственна всем позвоночным млекопитающим. Этот феномен является важной составляющей понятия "иммунитет", которое подразумевает систему наследственно полученных и индивидуально приобретенных защитных признаков, которые, обеспечивая постоянство внутренней среды макроорганизма, определяют его невосприимчивость к действию микробов и их токсинов.
По происхождению противоинфекционный иммунитет может быть видовым (наследственным) и приобретенным. Приобретенный иммунитет может быть постинфекционным и поствакцинальным. По качеству приобретенный иммунитет делят на антитоксический, антимикробный, инфекционный (нестерильный) и противовирусный.
Видовой иммунитет обусловлен биологическими особенностями данного вида животных и человека. Он неспецифичен, устойчив, передается по наследству и связан с особенностями генотипа конкретного вида.
Приобретенный иммунитет специфичен и в ряде случае нестабилен. Известны следующие формы приобретенного иммунитета:
- постинфекционный – образуется после перенесенной инфекции, продолжается месяцы, годы или всю жизнь;
- естественный пассивный – возникает вслед за получением материнских антител через плаценту, с молоком, он исчезает после периода лактации;
- поствакцинальный – формируется под влиянием вакцин на многие месяцы или несколько лет;
- искусственный пассивный – обусловливается инъекциями готовых антител. Его продолжительность определяется периодом полураспада введенных иммуноглобулинов.
Местный иммунитет является элементом общего и обеспечивает защиту покровов организма, сообщающихся с внешней средой. Он обусловлен нормальной микрофлорой, лизоцимом, комплементом, макрофагами, секреторными иммуноглобулинами и другими факторами и тесно смыкается с неспецифической антиинфекционной резистентностью. Последняя представлена как минимум двумя механизмами – естественной устойчивостью и тахифилаксией.
Первый механизм обусловлен механическими и биологическими барьерами, ферментными системами клеток, специальными белками крови, принимающими участие в защитных реакциях (ферменты, С-реактивный белок, интерферон, трансферрин, комплемент, пропердин и др.), фагоцитами, натуральными киллерами, механизмами фибринолиза и т.д. Большую роль в обеспечении противоинфекционной защиты играет воспаление с образованием в очаге молочной кислоты и других бактерицидных продуктов.
Второй механизм включается при попадании в организм чужеродной сыворотки, низкомолекулярных нуклеиновых кислот, эндотоксинов и др. Ключевым компонентом тахифилаксии являются макрофаги.
Сложный каскад реакций, ведущих к образованию антител, начинается с преобразования антигенов макрофагами и их представления лимфоцитам – Т-хелперам. Последние выделяют медиаторы, активирующие В-клетки. Таким образом, вступивший в контакт с Т-хелпером макрофаг взаимодействует с В-лимфоцитом, который получает от Т-клетки два сигнала: неспецифический и специфический. В результате В-лимфоцит трансформируется в плазматическую клетку, синтезирующую иммуноглобулины.
Иммунная система представляет собой совокупность лимфоидных органов, не объединенных в единую анатомическую структуру, но работающую согласованно за счет взаимодействия подвижных клеток, продуцируемых ими медиаторов и других факторов. Центральными органами являются вилочковая железа (тимус) и бурса (сумка) Фабрициуса (лимфоидные образования кишечника у птиц), которые обусловливают соответственно клеточный и гуморальный иммунитет. Тимус является центром иммунологического надзора, где проходят "обучение" Т-лимфоциты, а также тимусные факторы, управляющие Т-клетками, находящимися в циркуляции. Центральным органом, влияющим на образование и функционирование полноценных В-клеток у человека, являются функциональные аналоги бурсы Фабрициуса – костный мозг, лимфатические образования кишечника и других органов.
Периферические органы иммунной системы – это миндалины, селезенка, лимфатические узлы, аппендикс, лимфоидные скопления во внутренних органах, а также кровь.
Основные системы, непосредственно участвующие в индукции и реализации иммунных реакций, представлены лимфоцитами, мононуклеарными фагоцитами, гранулоцитами, комплементом, тромбоцитами, которые взаимодействуют между собой посредством цитокинов (табл. 16.1).
Главными клетками, посредством которых развертываются иммунологические реакции, являются лимфоциты. В костном мозге образуются их родоначальники – стволовые клетки-предшественники Т- и В-лимфоцитов, которые дозревают в соответствующих центральных органах иммунной системы, обрастая рецепторами.
Таблица 16.1. Основные системы, обеспечивающие иммунный ответ
Система |
Основные места локализации реагирующих клеток и факторов |
Клетки и факторы, участвующие в иммунных реакциях |
|
клетки |
медиаторы |
||
Лимфоциты |
Тимус, костный мозг, лимфатические узлы, миндалины, пейеровы бляшки, кровь, другие лимфоидные образования |
Лимфоциты Т- и В-типов и их субпопуляции, натуральные киллерные клетки, плазматические клетки |
Лимфокины, интер-лейкины, иммуноглобулины, медиаторы гиперчувствительности замедленного типа и др. |
Монону-клеарные фагоциты |
Кровь, лимфоидные органы, кожа и другие органы и ткани |
Моноциты крови, тканевые макрофаги, клетки Лангерганса, глиальные клетки мозга и др. |
Монокины, интер-лейкины, фактор некроза опухолей, интерфероны, комплемент и др. |
Гранулоциты |
Кровь, костный мозг |
Нейтрофилы, ба-зофилы, эозино-филы |
Медиаторы гиперчувствительности немедленного типа, ферменты и др. |
Комплемент |
Кровь |
- |
Компоненты комплемента |
Благодаря наличию этих рецепторов Т- и В-лимфоциты обретают способность реагировать с антигенами, т.е. становятся иммунокомпетентными. Т-лимфоциты составляют до 70% всех иммунокомпетентных клеток, являются долгоживущими, постоянно присутствуют в крови, многократно циркулируя через периферические органы иммунной системы, никогда не возвращаются в тимус, но постоянно находятся под его контролем. Все Т-лимфоциты дифференцированы на ряд субпопуляций, имеющих различающиеся функции.
Т-хелперы (помощники) являются регулирующими клетками. Участвуют в распознавании антигенов в совокупности с молекулами II класса гистосовместимости и не являются гомогенной популяцией клеток. На поверхности этой субпопуляции лимфоцитов экспрессируется молекула СD4, которая обеспечивает взаимодействие с другими лимфоцитами по типу "клетка-клетка" и передачу сигнала в клетку после связывания Т-хелпера с антигенпредставляющей клеткой. В результате дифференцировки образуются два типа Т-хелперов – Тh1 и Th2. Thl-лимфоциты регулируют иммунный ответ по клеточному типу против внутриклеточных паразитов. Внеклеточные патогены нейтрализуются и выводятся из организма благодаря гуморальному иммунитету, поддерживаемому Тh2-лимфоцита-ми. Без них невозможна трансформация В-лимфоцитов в плазматические клетки, вырабатывающие антитела. Т-хелперы усиливают клеточные реакции иммунной системы. Уничтожение этой субпопуляции лимфоцитов, например при развернутой клинической картине ВИЧ-инфекции (СПИДе), значительно ослабляет организм, и он погибает от банальных или оппортунистических инфекций, злокачественных опухолей. Thl-лимфоциты несут на своей поверхности СD26-молекулы, а Тh2-лимфоциты – CD62L- и СD30-молекулы.
Цитотоксические Т-клетки способны тормозить слишком сильные и слишком затянувшиеся иммунологические реакции, уничтожают злокачественные, пересаженные, мутантные, модифицированные, стареющие, пораженные вирусами и бактериями клетки. Супрессорно-цитотоксическую функцию Т-лимфоцитов идентифицирует маркерная молекула CD8, которая осуществляет также две функции: межклеточное взаимодействие и трансдукцию сигнала, а также стабилизирует Т-клетки, несущие рецепторы к антигенам клеток-мишеней. Специфическое и неспецифическое действие лимфоцитов этой субпопуляции распространяется на В-лимфоциты, макрофаги, Т-хелперы. Нарушение их функций провоцирует формирование аутоиммунных и аллергических заболеваний.
Среди В-лимфоцитов также существуют субпопуляции, причем не только В-, но и Т-зависимые, В-супрессоры, В-хелперы и т.д. В-лимфоциты являются непосредственными предшественниками антителообразующих плазматических клеток. В норме они продуцируют антитела настолько разнообразной специфичности, что могут связываться практически с любым чужеродным белком, даже синтетическим.
Другая популяция мононуклеарных клеток – натуральные (естественные) киллеры (NK-клетки) – убивают спонтанно возникающие злокачественные клетки без участия антител и комплемента. Происхождение этих клеток остается до сих пор неясным, многие из них имеют морфологию больших гранулярных лимфоцитов. На их поверхности находится CD 16 – низкоаффинный Fc-рецептор, который является основной идентификационной молекулой естественных киллерных клеток.
Помимо перечисленных выше клеток, цитотоксической способностью наделены нелимфоидные клетки – моноциты, макрофаги, нейтрофилы, эозинофилы.
Межклеточные взаимодействия и регуляцию иммунного ответа осуществляют цитокины – протеины, продуцируемые клетками иммунной системы. К ним относят интерлейкины (ИЛ), лимфокины, хемокины, факторы – стимуляторы клеток, интерфероны (ИФ), факторы супрессии, факторы некроза опухолей и др. Эти цитокины воздействуют в зоне их образования непосредственно на клетки, расположенные рядом (паракрин-ный эффект) или непосредственно на клетку, в которой они образовались (аутокринный эффект). Только некоторые из них, например интерлейкин-1 (ИЛ-1), фактор некроза опухолей (ФНО), оказывают общий цитокиновый эффект, отдаленный от места образования этих белков. Большинство цитокинов продуцируется моноцитами и макрофагами и участвует в иммунорегуляции и гемопоэзе (табл. 16.2). Им отводится ведущая роль в развертывании генерализованного воспалительного каскада при сепсисе, панкреатите и других заболеваниях, сопровождающихся эндотоксикозом.
Таблица 16.2. Цитокинзависимые функции моноцитов и макрофагов
Функции моноцитов/ макрофагов |
Цитокины-эффекторы |
Гемопоэтическая |
Гемопоэтический колониестимулирую-щий фактор; ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-3, ИЛ-12, ФНО-α |
Иммуностимулирующая |
ИЛ-1α,β, ИЛ-2, ИЛ-3, ИЛ-6, ИЛ-12, ИЛ-15, ФНО-α |
Провоспалительная |
ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8, ФНО-α |
Иммуносупрессивная |
ИЛ-10 |
Противовоспалительная |
ИЛ-6, ИЛ-10 |
Неотрегулированная экспрессия цитокинов выявляется при воспалительных заболеваниях, аутоиммунных процессах, гемопоэтических новообразованиях, злокачественных новообразованиях.
Центральную роль в регуляции клеточного иммунитета играет растворимый гликопротеид ИЛ-2, который продуцируется активированными Т-лимфоцитами-хелперами, трансформированными Т- и В-клетками, лейкемическими клетками, лимфо-цитарными натуральными киллерными клетками.
Уровень ИЛ-2 в сыворотке крови повышается при аллергических, аутоаллергических заболеваниях, отторжениях трансплантата, в остром периоде первичной инфекции при ответе на тимусзависимые антигены. Снижение уровня ИЛ-2 происходит при онкологических заболеваниях, тяжелых вирусных инфекциях, ожогах, травмах, вторичных иммунодефицитных состояниях (в том числе при СПИДе), при лечении цитостатиками, ионизирующем облучении.
Определение цитокинового статуса необходимо для объективной оценки нарушений в иммунной системе, в том числе при инфекционных заболеваниях и гнойно-воспалительных процессах. Можно условно выделить ключевые цитокины, повышающие или понижающие защиту организма от инфекции. К первым можно отнести ИЛ-12, ИЛ-18, интерферон-γ (ИФ-γ), ко вторым – ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-10. Эти группы цитокинов определяют направление дифференцировки Т-хелперов. Важно также определение ФНО-α, ИЛ-1β, ИЛ-8, от действия которых зависит интенсивность развития воспалительной реакции.
Независимое от лимфоцитов распознавание бактериальных антигенов и последующее уничтожение в первую очередь грамотрицательных бактерий происходит также с помощью системы комплемента, которая является одной из основных систем врожденного иммунитета. Функция этой системы состоит в отличении "своего" от "несвоего". Эффекторные механизмы системы комплемента делятся на пять групп в зависимости от функции: 1) опсонизация микробов для поглощения их фагоцитами; 2) непосредственное уничтожение бактерий путем их лизиса; 3) активация и хемотаксическое привлечение лейкоцитов в очаг воспаления; 4) процессинг (специфическое расщепление) иммунных комплексов; 5) индукция специфических антител путем усиленной локализации антигенов на поверхности В-лимфоцитов и антигенпредставляющих клеток и снижения порога активации В-лимфоцитов.
Существуют три пути (механизма) активации комплемента: классический, альтернативный и лектиновый. Все они ведут к образованию конвертазы, расщепляющей С3 на С3а и С3b (рис. 16.1). По классическому пути развертывается зависимая от антител активация комплемента, роль первого ферментного комплекса в нем выполняет белок С1. По альтернативному пути происходит самопроизвольная "холостая" активация комплемента, за счет чего в плазме крови поддерживается небольшая концентрация С3b. На поверхности собственных клеток регуляторные белки разрушают молекулы С3 и подавляют дальнейшую активацию комплемента. На чужеродных структурах, лишенных регуляторных белков, начинается альтернативная активация комплемента.
Активация по альтернативному пути служит механизмом неспецифического врожденного иммунитета. Классический путь является связующим звеном между врожденным и приобретенным иммунитетом, филогенетически появившимся сравнительно недавно. Лектиновый путь почти идентичен классическому, но запускается независимо от антител (табл. 16.3). Конечная фаза активации комплемента – это образование ли-зирующего мембрану комплекса, его внедрение в мембрану микробных клеток и последующая гибель микроорганизма.
Рис. 16.1. Классический и альтернативный пути активации комплемента.
Таблица 16.3. Активаторы комплемента по классическому, альтернативному и пектиновому пути
Биологические структуры |
Пути активации комплемента |
||
классический |
лектиновый |
альтернативный |
|
Иммуноглобулины |
Комплексы IgGl, IgG2, IgG3 или IgM с антигеном |
- |
Комплексы IgG, IgA или IgE с антигеном (менее эффективны, чем при классическом пути) |
Микроорганизмы: |
|||
бактерии |
- |
Многие грамотри-цательные и грамположительные бактерии |
Многие грамотри-цательные и грам-положительные бактерии |
вирусы |
Ретровирусы, вирус везикулярного стоматита |
- |
Клетки, инфицированные некоторыми вирусами (например, вирусом Эпштейна–Барр) |
другие |
Микоплазмы |
- |
Трипаносомы, лейшмании, многие грибы |
Прочие вещества |
Полианионы (ДНК, липид А, кардиолипин, гепарин, хондро-итинсульфат) |
Биополимеры с многочисленными концевыми остатками маннозы |
Декстрансульфат, гетерологичные эритроциты, полисахариды (например, агароза) |
В подобных случаях в качестве фактора приобретенного иммунитета могут функционировать только бактерицидные антитела. Они активируют комплемент в непосредственной близости от участков бактериальной поверхности, где его опсони-зирующий и литический потенциалы могут реализоваться.
Однако наружный слой клеточной стенки большинства грамотрицательных бактерий содержит ЛПС с длинными боковыми цепями О-полисахаридов, которые не только активируют комплемент, но и фиксируют лизирующий мембрану комплекс на таком расстоянии от цитоплазматической мембраны, при котором опсонизация и лизис невозможны. Подобным этому механизмом обладают клетки гладких вариантов грамотрицательных бактерий (Е. coli, Salmonella, Pseudomonas) – способны связывать, но при этом быстро отщепляют лизирующий мембрану комплекс C5b–С9. Высокое содержание сиаловой кислоты в бактериальных капсулах и клеточных мембранах хозяина защищает их от действия комплемента. Именно поэтому N. meningitis, Е. coli K1 и стрептококки группы А совершенно неуязвимы для комплемента. Более того, М-белок стрептококка группы А способен усиливать диссоциацию комплекса С3bВ.
Способностью лизировать ряд бактерий некоторых видов, в основном грамотрицательных, обладают также NK-клетки и даже цитотоксические Т-клетки при простом контакте. Однако большую часть бактерий уничтожают фагоциты.
Процесс фагоцитоза состоит из нескольких стадий: 1) хемотаксис – привлечение фагоцитирующих клеток в очаг инфекции и воспаления продуктами активации комплемента, локально выделяемыми цитокинами и хемокинами; 2) связывание фагоцитов с микробными клетками, с помощью лектинов микробных клеток, лектинов фагоцитарных клеток, компонентов комплемента, Fc-рецепторов на фагоцитарных клетках, способных соединяться с антителами, связавшимися с бактериями; 3) поглощение микробов фагоцитами; 4) запуск бактерицидных механизмов; 5) инактивация и лизис микробных клеток. Поглощенная фагоцитом микробная клетка подвергается действию кислородзависимых и кислороднезависимых бактерицидных механизмов.
Кислородзависимые механизмы реализуются посредством реакционноспособных метаболитов кислорода. Их образование связано с активностью фермента, восстанавливающего О2 с образованием супероксидного анион-радикала (О2) – токсичного для бактерий метаболита. В свою очередь эти радикалы превращаются в другие: потенциально токсичные гидроксильные радикалы (ОН), синглетный молекулярный кислород (∆gO2) и пероксид водорода (Н2О2). Под влиянием миелопер-оксидазы и каталазы лизосом из пероксидов в присутствии галоидных соединений образуются дополнительные токсичные вещества, например гипойодит и гипохлорит (производные НIO и НСlO). Другой бактерицидный механизм основан на образовании токсичного для бактерий и опухолевых клеток оксида азота (NO). Предположительно под действием NO в макрофагах погибают микобактерии.
К кислороднезависимым бактерицидным механизмам относят систему катионных антибиотикоподобных белков фагоцитарных клеток. Это богатые остатками цистеина и аргинина катионные пептиды (дифензины), составляющие от 30 до 50 % всех белков гранул. Дифензины могут уничтожать самые разные микроорганизмы, например S. aureus, P. aeruginosa, E. coli, Cryptocoecus neoformans и обладающий оболочкой вирус простого герпеса.
Специфический иммунитет в большой мере определяется антителами, которые представлены в организме пятью классами иммуноглобулинов. При этом антитела данной специфичности почти всегда представлены иммуноглобулинами разных классов. Противоинфекционный иммунитет реализуется антителами, относящимися к классам А, М и G. Аллергические реакции развиваются при участии IgE. Общим правилом появления специфических антител в сыворотке крови является следующее: первыми после контакта с инфекционным агентом или после иммунизации появляются антитела класса IgM, затем – класса IgG, еще позднее появляются иммуноглобулины класса А с той же специфичностью. Такая последовательность отражает законы онто- и филогенеза: эволюционно первыми появились антитела класса IgM. Переключение синтеза на IgG происходит через несколько дней, но при вторичном иммунном ответе сразу синтезируются антитела класса IgG.
Впервые антитела обнаруживаются в крови через 3–4 дня после контакта с антигеном (латентный период), их содержание резко возрастает в течение нескольких дней (период логарифмического возрастания концентрации), причем время удвоения титров антител может измеряться несколькими часами. Максимальная концентрация антител некоторое время поддерживается на одном уровне (период максимума), а затем, при отсутствии контакта с антигеном, постепенно снижается (период снижения). При повторном контакте с этим же антигеном развивается вторичный иммунный ответ, основными отличиями которого являются укороченный латентный период, более быстрый подъем в период интенсивного прироста концентрации антител и большие значения максимальных титров. Способность к вторичному иммунному ответу сохраняется в течение нескольких месяцев и даже лет и служит одним из проявлений иммунологической памяти (рис. 16.2).
Рис. 16.2. Динамика накопления антител в сыворотке крови при первичном (I) и вторичном (II) ответе на антиген.
АГ – антиген; Л – латентный период; В – период логарифмического возрастания антител; М – период максимума; С – период снижения.
При оценке иммунного ответа на бактериальные антигены необходимо помнить, что разные виды микробов имеют различающиеся видовые антигены, специфичные для каждого вида, типовые антигены, которые обусловливают существование серологических типов внутри вида, и групповые антигены, общие для родственных между собой микробов. При этом каждый антиген стимулирует выработку соответствующих специфических антител, которые могут образовывать соединения только со "своим" антигеном. На этом принципе основана серологическая диагностика инфекционных заболеваний.
Особенности динамики антител и принадлежность их к классу М или G необходимо учитывать при трактовке полученных результатов в ходе комплексного исследования иммунного статуса у пациентов.