Иммунная система. Структура и функция

Слово «иммунитет» происходит от латинского immunitas, что означает освобождение.

Иммунная система избавляет и защищает организм человека от генетически чужеродных веществ – антигенов. Они бывают как внешнего, так и внутреннего происхождения. Ограждая нас от вторжения антигенов, иммунная система тем самым сохраняет структурную и функциональную целостность организма, а также его генетическую индивидуальность.


Антигенами являются любые структуры и вещества различного происхождения, несущие признаки генетической чужеродности, вызывающие развитие иммунных реакций, направленных на удаление из организма всего чужеродного.

Обычно антигенами являются чужеродные частицы, клетки, бактерии, крупные молекулы (белки, полисахариды) чужого организма.

Даже свои собственные структуры организма могут стать «чужеродными», если по каким-либо причинам (старение, воздействие ультрафиолета, радиации и пр.) на клетках появляются поверхностные антигены, генетически отличающиеся от тканей организма данного человека.

В этом случае иммунная система распознает ткань организма как «врага» и начинает уничтожать ее. Так, например, происходит при аутоиммунном тиреоидите – заболевании, при котором организм начинает атаковать ткани щитовидной железы.

Как любая система организма, иммунная система имеет свои органы, ткани, клетки, молекулы.

И для того, чтобы понять, как возникают иммунные реакции, снижается иммунитет, появляется аллергия и, главное, как бороться с этими проблемами, очень важно знать, как именно функционирует наша защитная система.

Органы иммунной системы человека

В иммунной системе выделяют:

• центральные органы, где зарождаются, размножаются и созревают клетки иммунной системы;

• и периферические, где эти клетки функционируют 3.

Поговорим об участии в механизме иммунной защиты человека каждого из органов.


Центральные органы иммунной системы

Костный мозг
– как понятно из его названия, располагается в костях человека: ребрах, тазовых костях. Костный мозг является для иммунной системы источником стволовых (незрелых) клеток, которые способны самообновляться, делиться и превращаться (дифференцировать) в главные иммунные клетки – В-лимфоциты. Костный мозг также является источником претимоцитов, из которых в дальнейшем в вилочковой железе рождаются Т-лимфоциты.



Тимус
– этот орган также называют вилочковой железой. Он находится в верхней части грудной клетки. Вилочковая железа растет у человека с рождения и достигает своей максимальной величины к половому созреванию. Затем с возрастом тимус начинает атрофироваться, уменьшаться в размерах.




Вилочковая железа является центром иммунологического надзора: в ней происходит образование Т-лимфоцитов из костномозговых предшественников и их «обучение» конкретным функциям. Также вилочковая железа вырабатывает тимусные факторы – специальные гормоны, которые управляют Т-лимфоцитами.


Периферические органы иммунной системы

Лимфатические узлы
– эти органы иммунной системы располагаются по всему телу человека и часто составляют группы или «гроздья» до десяти штук в одной. У лимфатических узлов есть две иммунные функции:

• Задерживают чужеродные антигены, опухолевые клетки, разрушают старые эритроциты (красные клетки крови).

• Являются местом развития иммунного ответа после взаимодействия Т- и В-лимфоцитов с антигеном и между собой, а также выработки защитных антител В-лимфоцитами.



Селезенка
– этот орган располагается в верхней левой части брюшной полости, позади желудка. Селезенка выполняет ту же функцию, что и лимфатические узлы.

Лимфоидная система слизистых оболочек
– к ней относятся нёбные миндалины, скопления лимфоидной ткани в органах дыхания, стенках кишечника, в слизистой и подслизистой оболочках мочевыводящих путей и отделов половой сферы. Лимфоидная ткань слизистых оболочек образует систему, в которой циркулируют клетки, синтезирующие защитные антитела: иммуноглобулины Е и A (IgE и IgA), секреторные иммуноглобулины А, М, G и интерферон.

Аппендикулярный отросток, или аппендикс
, – является придатком одного из отделов кишечника – слепой кишки. В нем происходит размножение В-лимфоцитов, активированных (сенсибилизированных) кишечными бактериями.

Кровь
– с током крови осуществляется транспорт клеток иммунной системы к месту внедрения чужеродных антигенов.

Иммунокомпетентные клетки

Работу иммунной системы обеспечивают ее компоненты: клетки и вырабатываемые ими активные молекулы, принимающие участие в защите организма от всего чужеродного и недоброкачественного своего.



К основным клеточным компонентам иммунной системы относят все лейкоциты крови, которые называют иммунокомпетентными клетками (ИКК).

Процентное соотношение содержания ИКК в крови человека, так называемая лейкоцитарная формула, представленная в клиническом анализе крови, является, по сути, первичной иммунограммой, определяющей основные параметры иммунной защиты организма и отражающая в определенной степени характер и активность некоторых патологических процессов.

Лейкоциты обеспечивают работу иммунной системы как непосредственно действующие участники и как производители большинства иммунных молекул.

В отличие от других клеток крови (эритроцитов и тромбоцитов) лейкоциты не выполняют в кровеносном русле никаких функций, кровоток служит для них лишь транспортом. В кровотоке находится всего 1–2 % лейкоцитов от всего их количества в организме.

Свои защитные функции лейкоциты выполняют непосредственно в органах и тканях.

Различают пять основных типов лейкоцитов:

• лимфоциты,

• моноциты,

• нейтрофилы,

• эозинофилы

• и базофилы.



Лимфоциты

Лимфоцит
– центральная клетка иммунной системы. Она способна специфично распознавать чужеродный антиген с помощью располагающихся на ее поверхности рецепторов.



По функциональным признакам различают три типа лимфоцитов:

• NK-клетки,

• В-лимфоциты,

• Т-лимфоциты.

NК-клетки
, или как еще их называют натуральные киллеры, получили столь образное название за прямое разрушающее действие опухолевых и вирусинфицированных клеток путем растворения (лизиса). NK-клетки относятся к факторам врожденного (естественного) иммунитета.



В-лимфоциты и Т-лимфоциты относятся к клеточным факторам, обеспечивающим высокую специфичность иммунной защиты при приобретенном (адаптивном) иммунитете.

В-лимфоциты
при контакте с антигеном или стимуляции со стороны Т-лимфоцитов превращаются (трансформируются) в плазматические клетки, способные к продукции антител.

Антитела – специфические активные белковые молекулы, разрушающие или нейтрализующие различные бактерии, вирусы, токсины и прочие опасные антигены.

Часть В-лимфоцитов трансформируется в клетки иммунологической памяти, навсегда запоминающие опасный антиген.




Т-лимфоциты
, составляющие большинство всех лимфоцитов – до 70 %, являются долгожителями – существуют месяцы и годы. Они постоянно циркулируют в лимфе, проходя десятки раз через периферические органы иммунной системы: лимфатические узлы, селезенку, лимфоидные структуры слизистых оболочек внутренних органов. Т-лимфоциты находятся под постоянным контролем тимуса, хотя никогда не возвращаются в вилочковую железу, где происходил процесс их созревания и «профессиональной» ориентации, с разделением на отдельные виды клеток, выполняющих строго специфические функции.



В настоящее время Т-лимфоциты разделяют на пять видов клеток, которые осуществляют ряд конкретных иммунных реакций: активируют синтез антител В-лимфоцитами, уничтожают злокачественные, состарившиеся или пораженные вирусами и бактериями клетки, контролируют активность иммунных процессов и прочее4.

Фагоциты
– это лейкоциты, способные поглощать (фагоцитировать) и убивать чужеродные клетки. К ним относятся нейтрофилы, эозинофилы и моноциты5.

Нейтрофилы
– крупные клетки (макрофаги), способные разрушать мелкие чужеродные структуры. Вирусы и бактерии атакуют иммунную систему человека каждый день. Макрофаги находят вирус, поглощают его в себя и растворяют. При этом они погибают вместе с инородной клеткой. В крови нейтрофилы – «камикадзе», образно говоря, клетки-«смертники».

Функция нейтрофилов – найти инфекционные структуры, против которых бессильны эозинофилы и базофилы, потому что единственный способ борьбы с этими антигенами – полное поглощение и расщепление.




Эозинофилы
– фагоцитарная активность этих клеток значительно ниже, чем у нейтрофилов, но она важна в защите от гельминтов и простейших. Эозинофилы прикрепляются к паразиту и убивают его, впрыскивая свои ферменты. Кроме этого, эозинофилы угнетают воспаление и ограничивают его очаг, контролируя выделение гистамина и других активных белков, участвующих в воспалительном процессе.




При гельминтозах и аллергических реакциях количество эозинофилов в крови увеличивается. Эозинофилы могут снижать остроту аллергических реакций с помощью своих поверхностных рецепторов, связывающих гистамин. При бронхиальной астме эти клетки вырабатывают медиаторы воспаления, которые вызывают повреждение эпителия дыхательных путей.

Моноциты
– это фагоциты, обладающие способностью к самостоятельному активному движению. Они выходят за пределы кровеносных сосудов и далее мигрируют в места воспаления или повреждения тканей. В отличие от эозинофилов и нейтрофилов моноциты способны поглощать крупные частицы и клетки или одновременно множество мелких клеток. При этом они, как правило, не погибают после фагоцитирования.

Эти клетки образуют ограничивающий вал вокруг неразрушенных инородных тел. Моноциты очищают место воспаления и подготавливают клетки этой области для регенерации (восстановления).

Базофилы
и 
тучные клетки
вырабатывают биологически активные белковые молекулы – медиаторы: гистамин, гепарин, лейкотреин, а также простогландины, фактор активации тромбоцитов, повышающий проницаемость сосудов. Все перечисленные факторы активно участвуют в воспалении. Базофилы и тучные клетки несут на своей поверхности рецепторы к иммуноглобулину Е и играют важную роль в аллергических реакциях немедленного типа. Они формируют очаг сосудистой и экссудативной (выход жидкости из сосудов, тканей) фазы воспаления, выбрасывая гистамин и вазоактивные белки, влияющие на состояние сосудов.

Виды иммунитета

В настоящее время общую систему иммунитета принято делить на два отдела:

• Врожденный неспецифический (естественный) иммунитет;

• и приобретенный специфический (адаптивный) иммунитет 6,7.

Врожденный (неспецифический) иммунитет

Неспецифический (врожденный, естественный) иммунитет представляет собой систему защитных факторов организма. Он передается по наследству. Врожденный иммунитет обычно обусловлен постоянно присутствующими в организме факторами защиты. Они наиболее активны в первые 4–6 часов после внедрения микроба в организм, участвуя затем в развитии приобретенного (специфического) иммунитета.

Врожденный иммунитет и приобретенный иммунитет в дальнейшем работают синхронно, усиливая друг друга.

Условно факторы врожденного иммунитета можно разделить на физические (анатомические), физиологические, клеточные и гуморальные, к которым также относится нормальная микрофлора кишечника. Также отдельно выделяют нормальную микрофлору слизистых оболочек.



Анатомические факторы

Кожа
– осуществляет барьерную функцию, препятствуя проникновению внутрь организма бактерий, вирусов, чужеродных частиц, ультрафиолетового излучения. Потовые и сальные железы кожи выделяют секрет, содержащий антимикробные вещества, которые подавляют колонизацию и размножение бактерий.

Слизистые покровы
дыхательных путей, мочеполовой системы, желудочно-кишечного тракта, внутренней поверхности век и слуховых проходов, сообщающихся с внешней средой, имеют мерцательный эпителий, который удаляет осевшие на слизистую оболочку бактерии.

Клетки слизистой оболочки выделяют слизь и антимикробные вещества: лизоцим и соляную кислоту.

К анатомическим факторам неспецифического иммунитета также относятся секреты слизи, слезных и слюнных желез, моча, мокрота и другие жидкие среды организма.


Физиологические факторы

К данным факторам относятся:

• чихание, рвота, понос;

• температура тела, кислородный баланс, кислотность жидких сред организма, гормональный баланс.

Физиологические факторы осуществляют следующие функции:

• выведение бактерий из организма;

• элиминация (удаление) патогенных аген- тов;

• подавление колонизации микроорганизмов.


Нормальная микрофлора слизистых оболочек

К микрофлоре слизистой оболочки относятся бифидумбактерии, лактобактерии, эшерихии и другие микроорганизмы. Они стимулируют иммунную систему и подавляют размножение патогенных микроорганизмов за счет прямой конкуренции и выработки специфических антибиотиков – например, эшерихии (кишечные палочки) продуцируют колицины, которые уничтожают эти же бактерии и некоторые родственные эшерихиям виды.


Клеточные факторы

К клеточным факторам относятся фагоциты:

• Мононуклеарные фагоциты (моноциты крови, тканевые макрофаги).

• Гранулоциты (нейтрофилы, эозинофилы, базофилы) и тканевые базофилы – тучные клетки.

Фагоциты осуществляют поглощение, разрушение и выведение из организма чужеродных клеток – фагоцитоз. Также клеточные факторы имеют секреторную функцию – синтезируют ферменты, компоненты комплемента, ингибиторы ферментов, реактогенные метаболиты кислорода, биоактивные липиды, факторы хемотаксиса для лейкоцитов.

Еще один клеточный фактор – 

киллерные клетки
(популяции лимфоцитов, лишенные признаков Т- или В-клеток):

• Естественные киллеры (ЕК-клетки).

• Просто киллерные клетки (К-клетки).

• Лимфокинактивированные киллерные клетки (ЛАК-клетки).

Киллерные клетки оказывают прямое цитотоксическое действие – лизис опухолевых и вирусинфицированных клеток, а также регулируют продукцию интерферонов, интерлейкинов 1 и 2 и лимфотоксина.


Гуморальные факторы

Первый фактор – 

система комплемента
. Это система сложных белков, которые постоянно присутствуют в крови и составляют около 4 % всех белков плазмы. Примерно 20 сывороточных белков являются компонентами комплемента. Белки системы комплемента активизируются макрофагами, антителами или бактериальными антигенами в ответ на защитную реакцию иммунной системы против бактерий и некоторых других возбудителей заболеваний.

Компоненты системы комплемента усиливают процесс фагоцитоза – они привлекают иммунные клетки, которые, в свою очередь, поглощают бактерии. Также белки системы комплемента могут «маркировать» бактерии, чтобы они были распознаны клетками, способными осуществлять фагоцитоз.

Второй гуморальный фактор – 

естественные (нормальные) антитела
. В крови здорового человека, даже если он никогда не болел и не вакцинировался, определяются в низких титрах антитела ко многим антигенам. Такие антитела называют естественными. Их природа до конца не изучена, но считается, что их нормальный уровень свидетельствует о нормальной работе иммунной системы.

Третий фактор – 

пропердин
. Это сложный белок, состоящий из пяти компонентов, который участвует в воспалительных реакциях. Вместе с системой комплемента и ионами магния пропердин разрушает мембрану бактериальных и других клеток, уничтожает некоторые вирусы. Снижение уровня пропердина возникает при тяжелых ожогах, шоке, острой кровопотере, заболеваниях крови, тяжелых хронических инфекциях.

Четвертый фактор – 

лизоцим
. Этот фермент вырабатывается макрофагами, клетками эпителия слизистых оболочек и содержится в слюне, слезной жидкости, слизи носа, сыворотке крови. Лизоцим активирует систему комплемента и может растворять грамотрицательные бактерии.

Пятый гуморальный фактор – 

интерфероны
. Это семейство термостабильных белков, вырабатываемых клетками в ответ на вирусную инфекцию. Они подавляют репликацию вируса, то есть препятствуют его размножению. Интерфероны также обладают противоопухолевым и иммуномодулирующим действием. Они усиливают активность Т-лимфоцитов, макрофагов, естественных киллерных клеток.

Шестой фактор – 

С-реактивный белок
и другие белки острой фазы воспаления. Наличие в сыворотке крови повышенного уровня С-реактивного белка говорит о воспалительном процессе в организме. Этот белок активирует некоторые факторы иммунной защиты: систему комплемента, естественных киллеров, цитотоксических лимфоцитов. Также С-реактивный белок делает лейкоциты более подвижными.

К гуморальным относятся также 

микробицидные факторы
: лактопероксидаза, трансферрин, лактоферрин, муцин и другие. Выделяют данные факторы разные клетки организма, например клетки эпителия. Они связывают продукты распада тканей, оказывают бактерицидное действие и подавляют ферментную активность вирусов, паразитов и бактерий.

Приобретенный (специфический) иммунитет

Приобретенный иммунитет также называют адаптивным. Он не является наследственным и приобретается в процессе жизни человека. Приобретенный иммунитет формируется при специфическом взаимодействии клеток иммунной системы с антигеном, в результате чего появляются лимфоциты и антитела, направленно распознающие конкретный антиген и нейтрализующее его потенциально вредное воздействие на организм. На этом свойстве основано действие вакцин – они «знакомят» иммунную систему, например, с вирусом кори (это антиген), и она в ответ вырабатывает антитела, которые защищают организм при вторжении данного вируса из естественной среды.

Приобретенный иммунитет можно разделить на два компонента: клеточный и гуморальный. К клеточным компонентам относится лимфоцит, обеспечивающий высокую специфичность иммунной системы за счет антигенраспознающих рецепторов.

Лимфоциты делятся на:

• Т-лимфоциты, обеспечивающие специфический клеточный иммунитет;

• и В-лимфоциты, реализующие гуморальный специфический иммунитет, продуцирующие в ответ на внедрение «чужака» специфические антитела – иммуноглобулины.


Т-лимфоциты

Эта группа клеток состоит из нескольких видов, также называемых субпопуляциями. Долгое время выделяли только три их вида:

• Т-хелперы,

• Т-киллеры

• и Т-супрессоры.

Однако в последние годы представление об их разновидностях претерпело очередную трансформацию. Помимо известных ранее клеток, специалисты определили существование других типов: Т-клеток памяти и клеток-амплификаторов.


Т-киллеры

Самая известная субпопуляция лимфоцитов. Они обладают способностью разрушать неполноценные клетки организма, вступая с ними в непосредственный контакт. Их еще называют цитотоксические лимфоциты: «цито» в переводе означает «клетка», значение слова «токсические» объяснять не надо.



Т-киллеры, строго осуществляющие иммунный надзор, агрессивно реагируют на чужеродный белок. Именно они вызывают реакцию отторжения трансплантата при пересадке органов. По этой причине при пересадке человеку любого органа ему некоторое время дают специальные медикаменты, которые снижают активность иммунной системы. Иначе любая подобная операция заканчивалась бы отторжением нового органа или ткани, возможно, даже гибелью пациента, которому такое вмешательство проводится.

Интересен механизм работы этих клеток. Своими отростками Т-киллеры прикасаются к объекту, а затем разрывают с ним контакт и «уходят по своим делам». Клетка же, к которой прикоснулся лимфоцит, спустя какое-то время погибает… Отчего?

Дело в том, что во время своего «смертельного поцелуя» Т-киллеры оставляют на поверхности уничтожаемой ими клетки частицы своей мембраны. В местах контакта частицы «разъедают» поверхность объекта нападения. В результате в обреченной на гибель клетке фактически образуется сквозное отверстие. Она теряет ионы калия, внутрь нее входят ионы натрия и вода – так как клеточный барьер нарушается, ее внутренняя среда начинает напрямую сообщаться с внешней. В итоге клетка раздувается проникшей внутрь ее водой. Она погибает, а дальше к ней подходят фагоциты и пожирают ее остатки. Вот такое страшное наказание готовит организм всем клеткам, которые были распознаны иммунитетом как «неправильные» или чужеродные.


Т-хелперы

Задача хелперов на первый взгляд тоже довольно очевидна. Это клетки-помощники («help» значит «помогать»). А кому или чему они помогают? Они стимулируют иммунный ответ: под их влиянием усиливают свою работу цитотоксические лимфоциты (Т-киллеры).





Также хелперы передают информацию о присутствии в теле чужеродного белка В-лимфоцитам, которые выделяют против них защитные антитела. Наконец, хелперы оказывают стимулирующее действие на работу фагоцитов – иммунных клеток, захватывающих и переваривающих твердые частицы.


Т-супрессоры

«Супрессия» означает «подавление». Если Т-лимфоциты хелперы усиливают реакцию иммунитета, то супрессоры, наоборот, подавляют. При этом эти клетки вовсе не устраивают саботаж иммунным процессам и не вредят нашему здоровью. Они просто регулируют силу иммунного ответа, что позволяет иммунной системе сдержанно и с умеренной силой отвечать на раздражители.


Т-клетки памяти

Справившись с очередной угрозой, лимфоциты ее запоминают. В организме человека образуются особые клоны клеток, которые и хранят эти «воспоминания». Каждый клон несет в себе информацию об определенном виде угрозы. Если какой-то агрессор, с которым иммунная система уже встречалась, проникает в тело, то соответствующий клон размножается и быстро формирует вторичный иммунный ответ.


Лимфоциты-амплификаторы

После того как в организм проник агрессор, в крови и тканях отмечается повышенное содержание лимфоцитов. Их число возрастает буквально в течение нескольких часов и может увеличиваться более чем в два раза. Отчего же нарастание количества клеток происходит так быстро? Просто в организме имеется их некоторый запас.

В селезенке и тимусе живут зрелые, полноценные лимфоциты. Их отличие от остальных состоит лишь в том, что они «не определились», к какому виду лимфоцитов принадлежат. Это и есть клетки-амплификаторы, при необходимости они участвуют в молниеносном увеличении численности востребованного вида Т-лимфоцитов.


B-лимфоциты

В-лимфоциты вырабатывают к различным антигенам специальные антитела, которые реализуют основную функцию гуморального иммунитета.

Антитела – это иммуноглобулины (специфические белковые молекулы). Они обозначаются как Ig.

Выделяют пять классов антител:

• IgG,

• IgА,

• IgМ,

• IgD,

• IgЕ.

Специфичность антител настолько многообразна, что они могут связывать практически любой чужеродный белок, даже синтетический, не встречающийся в природе. В-лимфоциты также являются носителями иммунологической памяти, навсегда запоминающими опасные для организма антигены.


Молекулы, участвующие в иммунном ответе

Молекулярный (гуморальный) компонент иммунной системы представлен антителами и различными растворимыми факторами, вырабатываемыми клетками иммунной системы.


Иммуноглобулины

Иммуноглобулины – антитела, представляющие собой белковые молекулы, продуцируемые B-лимфоцитами после их взаимодействия с антигеном и специфически с ним реагирующие 8,9.

Известны пять основных классов иммунных глобулинов: IgG, IgМ, IgА, IgE, IgD.


IgG
– основной сывороточный иммуноглобулин, нейтрализующий как бактериальные, так и небактериальные токсины. Он реализует реакцию клеточного иммунитета. В его присутствии Т-киллеры значительно повышают свою активность. IgG проходит через плаценту, накапливается у плода с 27-й недели и сохраняется у него до трех недель после рождения. Концентрация IgG возрастает при инфекционных заболеваниях, при некоторых болезнях печени и при аутоиммунных расстройствах.

IgM
– обладает антибактериальной активностью, является важным фактором защиты при сепсисе (заражении крови), разрушает состарившиеся эритроциты. Уровень IgМ повышается при перинатальных (внутриутробных) инфекциях, инфекционных заболеваниях крови, при острых гепатитах, первичном циррозе печени.

IgА
представлен двумя фракциями:

• 

IgА1
– циркулируют в сыворотке крови;

• 

IgА2
– оседают на слизистых оболочках и содержатся в их секретах.

IgА
обладают следующими биологическими свойствами: связывают живые бактерии и вирусы, блокируют их прилипание к поверхности клеток слизистых оболочек и препятствуют их проникновению во внутреннюю среду организма; нейтрализуют токсины; защищают от разрушающего действия аутоантител, содержащих перекрестные антигенные структуры с тканями слизистых оболочек.