Заняття 4
Вчення про інфекцію. Визначення патогенності та вірулентності бактерій. Методи зараження та дослідження інфікованих тварин.
Імунітет. Неспецифічні фактори захисту і методи їх визначення. Поняття про антигени та антитіла. Серологічний метод дослідження. Реакції, що базуються на феномені аглютинації.
Серологічний метод дослідження. Реакції преципітації, лізису, зв’язування комплементу.
Вчення про інфекцію
За визначенням І.І. Мечнікова, “інфекція – це боротьба між двома організмами”.
Видатний вірусолог В.Д. Солов’єв охарактеризував інфекційний процес як “певного роду екологічний вибух з різким підсиленням міжвидової боротьби між організмом-господарем та патогенними бактеріями, що проникли в цей організм”.
А.Ф. Білібін та Г.П. Руднєв (1962) вважали, що “інфекційний процес” є: “складним комплексом фізіологічних, захисних і патологічних реакцій, які виникають за певних умов оточуючого середовища у відповідь на дію патогенних мікробів”.
Узагальнене визначення інфекційного процесу:
“інфекція” або “інфекційний процес” – це сукупність патологічних, адаптаційно-пристосувальних і репараційних реакцій, що виникають та розвиваються в макроорганізмі внаслідок конкурентної взаємодії з патогенними або за певних умов умовно-патогенними вірусами, бактеріями та грибами, що призводить до порушення внутрішнього середовища і фізіологічних функцій організму.
Мікроорганізми порушують нормальні функції макроорганізму:
1. механічно;
2. за рахунок хімічних продуктів метаболізму;
3. як біологічні агенти, що порушують гомеостаз.
Процеси взаємодії між патогенними мікробами та продуктами їх життєдіяльності, зокрема, токсинами чи ферментами з одного боку та клітинами, тканинами і органами організму господаря – з іншого боку за своїми проявами дуже різноманітні. Вони зумовлені:
по-перше, властивостями збудника;
по-друге, станом макроорганізму;
по-третє, умовами оточуючого середовища.
Для розвитку інфекційного процесу обов’язковими є три компоненти:
1. мікроорганізм-збудник,
2. організм господаря (людина чи тварини)
3. певні, у тому числі й соціальні, умови навколишнього середовища.
Спектр зазначених реакцій може коливатися у дуже широких межах: від власне інфекційного захворювання до безсимптомної циркуляції збудника.
Суттєве значення для виникнення інфекційного процесу має:
По-перше, власне патогенний мікроорганізм, який безпосередньо викликає інфекційний процес, визначає його специфічність, впливає на перебіг захворювання.
Основними специфічними властивостями збудника є патогенність, вірулентність, токсигенність, адгезивність та інвазивність.
Ймовірність розвитку інфекційної хвороби визначають не лише видові характеристики збудника, а також його кількість, місце та шляхи проникнення в організм, швидкість розмноження.
Патогенний мікроорганізм може викликати захворювання лише за умови проникнення в макроорганізм критичної – інфікуючої дози збудника – тобто тієї мінімальної кількості мікробних клітин, що здатна викликати інфекційний процес.
Для розвитку захворювання необхідно, щоб патоген характеризувався достатньою вірулентністю, а його інфікуюча доза перевищувала певний поріг, що у кожному конкретному випадку визначається ступенем вірулентності збудника та станом резистентності організму.
Отже, у контексті патогенних властивостей збудника інфікуючу дозу слід розглядати як певну кількість мікроорганізмів, яка забезпечує можливість адгезії, колонізації та інвазії в тканини.
По-друге, не менш важливе значення для розвитку інфекції має місце проникнення патогенного збудника в організм людини, яке називають вхідними ворітьми інфекції.
Залежно від властивостей мікроорганізму та шляхів його передачі вхідними ворітьми можуть бути:
шкірні покриви,
слизові оболонки дихальних шляхів, травного тракту і статевих органів.
Низка збудників характеризується тим, що вони здатні проникати в організм господаря кількома шляхами. Наприклад, Mycobacterium tuberculosis чи Yersinia pestis здатні викликати захворювання незалежно від шляхів проникнення в організм, що призводить до виникнення поліморфних уражень, які варіюють відповідно від місця проникнення. Для таких патогенів характерний пантропізм.
Вхідні ворота інфекції.
Механізми, чинники та шляхи передачі інфекції
Механізм передачі інфекції є другою складовою, що необхідна для виникнення та підтримки безперервності епідемічного процесу.
Механізми передачі визначають способи, за допомогою яких інфекційний агент переходить із інфікованого до сприйнятливого організму, а також забезпечують збуднику зміну біологічних господарів.
Схема механізму передачі інфекції
Чинники та шляхи передачі збудника
Чинники передачі – це елементи довкілля, що забезпечують передачу збудників інфекційних хвороб від одного організму до іншого.
Шляхи передачі визначають конкретні чинники передачі або їх сукупність, що забезпечують перенос інфекційного агента від хворої людини або від носія до здорової особи.
Механізми передачі інфекційного агента мають кілька шляхів:
фекально-оральний механізм включає аліментарний, водний або контактно-побутовий шляхи передачі;
кров’яний (трансмісивний) механізм включає передачу збудників через укуси переносників, парентеральний і статевий шляхи передачі;
аерогенний (респіраторний) механізм включає повітряно-крапельний і повітряно-пилевий шляхи передачі;
контактний механізм включає раневий і контактно-побутовий шляхи передачі.
Вертикальна передача збудників
Вертикальна передача – це передача збудника від матері до плоду у пренатальний період, тобто у період з моменту зачаття до народження.
Із врахуванням періодів внутрішньоутробного розвитку (бластомного, ембріонального і фетального) і механізмів інфікування виділяють 5 варіантів вертикальної передачі збудників хвороб людини:
– гермінативний (від 0 до 14 днів);
– ембріонально-гематогенно-трансплацентарний (від початку кровообігу і до кінця 4-го місяця);
– фетально-гематогенно-трансплацентарний (починаючи з 5-го місяця);
– висхідний через піхву і матку (під час фетального періоду починаючи з 5-го місяця);
– інтранатальний (під час пологів).
Загальні риси інфекційних захворювань
1. Наявність патогенного мікроорганізму як безпосереднього чинника
захворювання;
2. Контагіозність (власне заразність);
3. Схильність до широкого епідемічного поширення;
4. Циклічність протікання (послідовна зміна періодів);
5. Ймовірність розвитку затяжних та хронічних форм;
6. Формування імунітету;
7. Ймовірність розвитку мікробного носійства.
Динаміка інфекційного процесу
Розвиток інфекційного процесу поділяють на кілька стадій:
1. проникнення інфекційного агента: на цій стадії відбувається його адаптація до умов внутрішнього середовища організму і колонізація тканин, до яких виявляє тропізм даний мікроорганізм;
2. утворення продуктів життєдіяльності (токсини, ферменти), що виявляють ушкоджуючу дію і призводять до порушення гомеостазу організму;
3. поширення інфекційного агента з вогнища проникнення: дуже часто мікроорганізми можуть дисемінувати по лімфо- чи кровотоку.
Для характеристики явищ, пов’язаних з місцезнаходженням мікроорганізмів або їх токсинів у крові чи лімфі, використовують наступні терміни:
бактеріємія (наявність бактерій у крові);
фунгемія (наявність у крові грибів);
вірусемія (наявність у крові вірусів);
паразитемія (наявність у крові найпростіших).
Циклічність перебігу
Циклічність протікання виражається у послідовній зміні певних періодів хвороби, а саме:
інкубаційного;
продромального;
наростання симптомів;
розпалу захворювання;
згасання симптомів;
реконвалесценції.
Мікробіологічна та імунологічна характеристи ка періодів інфекційних захворювань
Період інфекційного захворюван-ня |
Поведінка збудника |
Виділення збудника у довкілля |
Імунна відповідь |
Інкубаційний |
Адгезія на чутливих клітинах мигдаликів, дихальних шляхів, сечостатевого тракту і ШКТ |
Як правило не виділяється |
Антитіла не утворю-ються |
Період інфекційного захворюван-ня |
Поведінка збудника |
Виділення збудника у довкілля |
Імунна відповідь |
Продромаль-ний |
Колонізація чутливих клітин. Прояви перших неспецифічних симптомів захворювання. |
Як правило не виділяється |
Антитіла не утворю-ються |
Період інфекційного захворювання |
Поведінка збудника |
Виділення збудника у довкілля |
Імунна відповідь |
Клінічний |
Інтенсивне розмноження. Прояви специфічних симпотмів захворювання. |
Виділяєть-ся |
З’являються антитіла класу IgM у низбких титрах. Наприкінці періоду відбувається заміна антитіл класу IgM на антитіла класу IgG |
Період інфекцій-ного захворю-вання |
Поведінка збудника |
Виділення збудника у довкілля |
Імунна відповідь |
Реконва-лесценція |
Припинення розмноження і загибель збудника. Нормалізація функцій хворого |
Виділення збудника, яке припиняється після одужання хворого або переходить у мікробоносійство |
Збільшення титру антитіл класів IgG та IgА. Під час низки захворювань може формуватися реакція гіперчутливості сповільненого типу |
ФОРМИ ІНФЕКЦІЙ ТА ЇХНЯ КЛАСИФІКАЦІЯ
Ознака |
Назва форми інфекції |
Природа збудника |
– бактеральна, – вірусна, – грибкова, – протозойна. |
Походження |
– екзогенна, – ендогенна, – аутоінфекція. |
екзогенні інфекції – виникають і розвиваються внаслідок проникнення в організм людини патогенних мікроорганізмів з довкілля разом з їжею, водою, а також з повітря,грунту, виділень хворих людей, рековалесцентів та мікробоносіїв;
ендогенні інфекції – виникають внаслідок активації або проникнення умовно-патогенних мікроорганізмів нормальної мікрофлори з нестерильних порожнин людського тіла у внутрішнє середовище організму. Особливістю ендогенних інфекцій є відсутність інкубаційного періоду;
аутоінфекції – різновид ендогенних інфекцій, що виникають внаслідок самозараження шляхом перенесення збудника (як правило, руками самого хворого) з одного біотопу до іншого.
ФОРМИ ІНФЕКЦІЙ ТА ЇХНЯ КЛАСИФІКАЦІЯ
Ознака |
Назва форми інфекції |
Локалізація збудника в організмі господаря |
– місцева (вогнищева), – загальна (генералізова-на): – бактеріємія, – вірусемія, – септицемія, – сепсис, – септикопіємія, – токсико-септичний шок |
Форми інфекції
Регіональні (місцеві, осередкові або вогнищеві) інфекції – це такі інфекції, під час яких інфекційний процес протікає у обмеженому, місцевому вогнищі (осередку) і мікроорганізми,локалізовані у даному вогнищі, не поширюються в організмі.
Генералізовані (загальні) інфекції – за умови порушення рівноваги між макро- і мікроорганізмами місцеві інфекції можуть переростати у загальні.
Генералізовані інфекційні захворювання розвиваються внаслідок дисемінування збудника в організмі лімфогенним або гематогенним шляхом.
Залежно від того чи виступає кров лише механічним переносником збудника чи збудник розмножується в крові у межах генералізованої інфекції відповідно розрізняють дві форми:
бактеріємія (чи вірусемія)
сепсис.
За умови масового проникнення у кров бактерій та їхніх токсинів розвивається бактеріальний або токсико-септичний шок.
Бактеріємія
Бактеріємія – це така фаза патогенезу інфекційних захворювань, під час якої збудник потрапляє у кров і переноситься нею в інші місця локалізації (біотопи).
Під час бактеріємії на відміну від сепсису та септикопіємії бактерії лише циркулюють у крові, проте не розмножуються там.
Фаза бактеріємії є обов’язковою та основною при захворюваннях, збудники яких передаються кровосисними комахами, оскільки вона забезпечує передачу паразита іншому господарю.
Бактеріємія – може зустрічатися і при загальних інфекційних захворюваннях з іншим механізмом передачі. У таких випадках вона спрямована на розширення ареалу збудника в ураженому організмі та більш тривалу персистенцію, а також на створення додаткових способів виділення з організму.
Сепсис – найважча форма генералізованої інфекції
Сепсис – самостійне важке генералізоване гостре або хронічне інфекційне захворювання крові людини, збудник якого розмножується у лімфатичній і кровоносній системах.
Сепсису притаманні:
постійна і у значній кількості наявність збудника у крові;
втрата кров’ю бактерицидних властивостей;
температурна реакція;
виражена інтоксикація;
схильність до утворення вторинних вогнищ інфекції;
падіння артеріального тиску;
тахікардія;
схуднення;
виникнення тромбозів, набряків, пролежнів;
відсутність позитивної динаміки у первинному вогнищі.
Виділяють дві форми сепсису
Септицемія (або первинний сепсис) – за даної форми сепсису збудник одразу з вхідних воріт інфекції потрапляє у кров і розмножується там. При цьому первинний локальний осередок запалення відсутній за умови розвитку вторинних метастатичних осередків.
Септикопіємія (або вторинний метастатичний сепсис) – ця форма розвивається внаслідок генералізації локального інфекційного процесу. Залежно від первинного локального осередка розрізняють пологовий, раньовий, пуповинний, урогенітальний, стоматогенний сепсис, а також опіковий, легеневий та ін.
Сепсис є поліетіологічним захворюванням.
У етіології переважної більшості форм сепсису провідне місце належить:
Staphylococcus aureus i Staphylococcus epidermidis.
Якщо розташувати мікроорганізми залежно від їх ролі у розвитку сепсису у міру зменшення, то наступне місце займають:
Escherichia coli,
представники роду Proteus, Klebsiella pneumoniae та інші умовно-патогенні види ентеробактерій.
Сепсис також можуть викликати:
Streptococcus faecalis; Neisseria meningitidis; Serratia marcescens; Candida albicans; Cryptococcus neoformans, а також представники родів Fusiformis, Pseudomonas aeruginosa; Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumoniae, Bacteroides, Aspergillus та багато ін.
ФОРМИ ІНФЕКЦІЙ ТА ЇХНЯ КЛАСИФІКАЦІЯ
Ознака |
Назва форми інфекції |
Число видів збудників |
– моноінфекція, – змішана інфекція. |
Повторні прояви захворювання, викликані тими ж або іншими збудниками |
– вторинна інфекція, – реінфекція, – суперінфекція, – рецидив. |
Моноінфекції – захворювання, викликані одним видом мікроорганізмів;
Змішані (мікст-) інфекції розвиваються внаслідок інфікування кількома видами мікроорганізмів;
Змішані інфекції характеризуються якісно іншим протіканням, як правило, більш важким, порівняно з моноінфекцією, причому патогенний ефект не носить простого сумарного характеру.
Взаємовідносини мікроорганізмів за змішаних інфекцій досить варіабельні:
у тому випадку, коли мікроорганізми активізують або ускладнюють протікання хвороби, їх позначають як активатори чи синергісти. Наприклад, інфекції, викликані вірусом грипу і стрептококами групи В;
у випадку, коли мікроорганізми взаємно пригнічують патогенну дію один одного, їх позначають як антагоністи. Наприклад, кишкова паличка пригнічує активність патогенних сальмонел, шигел, стрептококів і стафілококів.
Індиферентні мікроорганізми не впливають на активність інших збудників.
Від змішаних необхідно відрізняти вторинну інфекцію.
Вторинна інфекція – це інфекція, викликана іншим видом мікроорганізмів і розвинулась на фоні первинного, основного захворювання.
Вторинну форму інфекції, у свою чергу, необхідно відрізняти від реінфекції, рецидиву і суперінфекції.
Реінфекція – повторне зараження організму вже після перенесеного захворювання тим самим або іншим варіантом того самого збудника.
У випадку, коли повторне інфікування хворого тим самим збудником відбувається до одужання виникає суперінфекція.
Рецидивом називають повернення клінічних проявів хвороби без повторного зараження.
ФОРМИ ІНФЕКЦІЙ ТА ЇХНЯ КЛАСИФІКАЦІЯ
Ознака |
Назва форми інфекції |
Прояви клінічних симптомів |
– маніфестна, – безсимптомна. |
Тривалість взаємодії збудника з макроорганізмом |
– гостра, – хронічна, – мікробоносійство. |
Маніфестні інфекції
Маніфестні інфекції характеризуються наявністю специфічного комплексу клінічних симптомів, притаманних певному інфекційному захворюванню. Вони можуть протікати типово, атипово або хронічно.
Типова інфекція: після проникнення в організм інфекційний агент розмножується і викликає розвиток характерних патологічних процесів, що супроводжуються відповідними клінічними проявами.
Атипова інфекція: збудник розмножується в організмі, проте не викликає розвитку типових патологічних процесів, а клінічні прояви носять невиражений, стертий характер.
Хронічна інфекція, як правило, розвивається після інфікування мікроорганізмами, що здатні до тривалого перебування в організмі (персистенції).
ПОВІЛЬНІ ВІРУСНІ ІНФЕКЦІЇ
НОЗОЛОГІЧНА ФОРМА |
ЗБУДНИК |
Людина |
|
Підгострий склерозивний паненцефаліт |
вірус кору |
Підгострий післякоревий лейкоенцефаліт |
вірус кору |
Прогресуюча вроджена краснуха |
вірус краснухи |
Підгострий герпетичний енцефаліт |
вірус простого герпесу |
Прогресуюча багатовогнищева лейкоенцефалопатія |
Паповавіруси – вірус JC та ОВ-40 |
Хронічний інфекційний мононуклеоз |
вірус Епштейна-Бар |
Цитомегаловірусне ураження мозку |
цитомегаловірус |
Сироватковий гепатит |
вірус гепатиту В |
Абортивна інфекція
Абортивна інфекція (від лат. aborto – не виношувати, у даному контексті – не реалізовувати патогенний потенціал) – одна із найбільш поширених форм безсимптомних уражень.
Вказані процеси можуть виникати за видової або внутрішньовидової, природної або штучної несприйнятливості (саме тому людина не хворіє більшістю хворобо тварин).
Механізми несприйнятливості ефективно блокують життєдіяльність мікроорганізмів, збудник не розмножується в організмі, інфекційний цикл збудника переривається, він гине і видаляється з організму.
Латентна інфекція
Латентна або скрита інфекція (від лат. latentis – схований) – обмежений процес з тривалою і циклічною циркуляцією збудника, що аналогічна тій, яка спостерігається при явних формах інфекційного процесу.
Збудник розмножується в організмі, викликає розвиток захисних реакцій, елімінується з організму, проте не спостерігається жодних клінічних проявів.
Подібні стани також відомі як іннапарантні інфекції (від англ. іnnapparent – неявний, той, що не розпізнається).
Іннапарантна інфекція є однією з форм інфекційного процесу, за якої клінічні ознаки хвороби відсутні, проте спостерігається наростання рівня специфічних антитіл як відповідь макроорганізму на присутність у ньому патогенного агента.
Особи з латентними інфекційними ураженнями становлять епідемічну загрозу для оточуючих.
“Дрімаючі” інфекції
“Дрімаючі” інфекції можуть бути одним з різновидів латентних інфекцій або станом після перенесеного клінічно вираженого захворювання.
За даної форми інфекції встановлюється баланс, що не виявляється клінічно, між патогенним потенціалом збудника та захисними системами організму.
Під впливом різноманітних факторів, що знижують резистентність макроорганізму (зокрема, стреси, переохолодження, порушення харчування), мікроби набувають можливості здійснювати патогенну дію.
Особи, що переносять “дрімаючі” інфекції є резервуаром та джерелом патогенів.
Бактерієсійство
Стан за якого виділення збудника продовжується після клінічного одужання хворого називається бактерієносійством.
Бактерієносії виділяють патогенні мікроорганізми у навколишнє середовище, у зв’язку з чим, представляють велику загрозу для оточуючого середовища.
Розрізняють:
транзиторне (безсимптомне) носійство – за даного різновиду носійства патогенний збудник виділяється одноразово з організму людини при проведенні серії бактеріологічних аналізів.
У тому випадку, коли носійство патогенного мікроба виявляється після перенесеної інфекційної хвороби мова йде про реконвалесцентне носійство.
Залежно від тривалості виділення збудника носійство поділяють на:
гостре (до 3-х місяців);
затяжне (до 6 місяців);
хронічне (більше ніж 6 місяців)
ФОРМИ ІНФЕКЦІЙ ТА ЇХНЯ КЛАСИФІКАЦІЯ
Ознака |
Назва форми інфекції |
Джерело інфекції: – людина, – тварини, – довкілля. |
– антропонози, – зоонози, – сапронози |
Зоонозні інфекції можуть передаватись від тварин до людини
Основні форми інфекційного процесу
Носійство |
Іннапарантна інфекція |
Маніфестна інфекція |
|
Типова: |
Атипова: |
||
Транзиторне |
|
– гостра, – хронічна, – повільна інфекція |
– стерта, – латентна, – мікст-інфекція |
Реконвалес-центне: – гостре, – затяжне, – хронічне |
Патогеннiсть i вiрулентнiсть бактерiй:
Патогенність – це видова здатність певних мікроорганізмів викликати інфекційний процесс.
Вірулентність – це ступінь патогенності. Вона є штамовою ознакою і визначається метаболічною активністю бактерійних клітин, їх компонентів і продуктів, які пригнічують захисні механізми господаря.Фактори вірулентності: адгезивність, інвазивність, токсиноутворення, капсулоутворення, наявність агресинів.
Для характеристики патогенних мікроорганізмів встановлені одиниці вірулентності.
DLМ (Dosis letalis minima) – мінімальна смертельна доза. Це та найменша кількість мікробів або їх токсинів, яка при зараженні викликає загибель 90-95 % чутливих тварин.
DCL (Dosis certа letalis) – найменша доза, яка викликає смерть 100 % взятих у дослід тварин.
LD50 (Dosis letalis50) – доза, що вбиває половину заражених тварин. Вона э найбільш об’єктивною, точною і прийнятою в лабораторних дослідженнях.
Вірулентність – це якісна, індивідуальна ознака даного штаму. Вірулентність бактерій може бути посилена, послаблена і навіть зовсім втрачена. При цьому інші їх властивості не змінюються. Посилення вірулентності досягають пасажами культури через організм чутливих тварин, різними генетичними методами. Послаблення – шляхом багаторазових пересівів культури на несприятливих середовищах, дією підвищеної температури, бактеріофагів, хімічних речовин, імунних сироваток тощо. Такий підхід часто використовують при виготовленні живих вакцин та інших бактерійних препаратів.
Вірулентність визначається такими факторами: адгезивністю, інвазивністю, капсулоутворенням, агресивністю,
токсиноутворенням та ін.
Адгезини. Філаментозний гемаглютинін |
Зумовлюють адгезію до еритроцитів і до клітин господаря. Філаментозні гемаглютиніни Bordetella pertussis, S. typhi murium, гемаглютинін резистентний до манози, і фібрилярний гемаглютинін Helicobacter pylori. Гонококи та ентеропатогенні E. сoli прилипають до поверхні клітин білками зовнішньої мембрани |
Пілі |
Ниткоподібні структури, що зумовлюють тісний контакт бактерій і сприяють переносу генетичного матеріалу. Розрізняють чутливі до манози ( уропатогенні E. coli) і пілі резистентні до манози. Ентеропатогенні E. сoli містять два антигени колонізаційного фактору (CFA) I i II. Штами E. сoli, які викликають пієлонефрит продукують Х-адгезин і мають антигени S і М. Синтез пілі зумовлений або плазмідами, або хромосою. Грамнегативні бактерії, псевдомонади, нейссерії, бактероїди, вібріони синтезують так звані Н-метилфенил аланінові пілі, які є фактором вірулентності. |
Слиз |
Коагулазо-негативні стафілококи продукують полісахаридний слиз і тим самим прилипають до поверхні катетеру. |
Адгезія холерного вібріона на слизовій
Iнвазивні властивості патогенних бактерій
Вiрулентні бактерії мають здатність проникати в тканини інфікованого організму.
Колагеназа і гіалуронідаза руйнують колаген і гіалуронову кислоту, що сприяє поширенню бактерій всередині тканин.
Імуноглобулін A протеаза розкладає IgA, який попереджує адгезію бактерій до слизових оболонок і в основному виділяється
N. gonorrhoeae, Haemophilus influenzae і Streptococcus pneumoniae.
Лейкоцидини руйнують нейтрофіли і макрофаги.
M–протеїн S. pyogenes володіє антифагоцитарною дією, а протеїн A S. aureus зв’язує IgG і тим самим попереджує активацію комплемента.
Коагулаза S. aureus стимулює утворення фібрину з фібриногену, який захищає бактерію від фагоцитозу.
Бактеріальні токсини
Токсини (від гр. toxikon – отрута) – одні з найважливіших чинників патогенності, що реалізують основні механізми інфекційного процесу.
Токсини викликають системні ураження, які зумовлюють специфічні прояви тієї чи іншої інфекційної хвороби.
Існує кілька класифікацій токсинів, які враховують ті чи інші характеристики згаданих біомолекул.
Залежно від локалізації бактеріальні токсини традиційно поділяють на:
ендотоксини,
екзотоксини.
Більш коректною є систематизація токсинів за: хімічним складом – наприклад, фосфоліпази чи детергенти; або механізмом дії – наприклад, на ті, що уражують клітинну мембрану (цитолізини) і ті, що діють на різноманітні внутрішньоклітинні мішені.
За ступенем зв’язування з бактеріальною клітиною екзотоксини поділяють на три групи:
група А – включає токсини, які повністю секретуються (екзотоксини) у оточуюче середовище. Наприклад, токсин дифтерійної палички;
група В – це токсини, які частково секретуються у оточуюче середовище і частково асоційовані з бактеріальною клітиною. Наприклад, тетаноспазмін правцевої палички;
група С – токсини, які не секретуються, зв’язані з бактеріальною клітиною і вивільнюються лише після її загибелі. Наприклад, екзотоксини ентеробактерій.
КЛАСИФІКАЦІЯ ЕКЗОТОКСИНІВ ЗА МЕХАНІЗМОМ ДІЇЇ
Синтез більшості екзотоксинів зумовлений наявністю tox+ генів, які часто розміщені в плазмідах.
Силу дії мікробних токсинів визначають на чутливих лабораторних тваринах певних маси і віку з допомогою тих же одиниць, що й вірулентність – DLM, DCL i LD50. Наприклад, за 1 DLM дифтерійного токсину приймають найменшу кількість його, яка при підшкірному введенні гвінейській свинці масою
Визначення плазмокоагулази. Верхня пробірка – негативний контроль (до плазми додано краплю стерильного МПБ); середня пробірка – позитивний тест на плазмокоагулазу в Staphylococcus aureus; нижня пробірка – негативний результат у Staphylococcus epidermidis.
Визначення гемолізину золотистого стафілококу на кров’яному агарі
Визначення утворення лецитинази “райдужних” вінчіків
(навколо колоній) на ЖСА.
Визначення уреази (перша пробірка- позитивний результат).
.
Експериментальна інфекція. Використання
тварин в лабораторних дослідженнях
Досить часто в мікробіологічнх, вірусологічних та імунологічних лабораторіях використовують біологічний метод дослідження на різноманітних видах тварин. Його застосовують для експериментального відтворення інфекційних захворювань, окремих його симптомів або для вирішення спеціальних задач:
1. Встановлення етіологічного діагнозу інфекційної хвороби, особливо в тих випадках, коли збудник не можна або важко виявити іншим способом (пневмококи, туляремійні бактерії, віруси сказу, енцефалітів тощо).
2. Виділення та ідентифікації чистої культури, визначення її токсигенності чи токсичності.
3. Визначення вірулентності мікроорганізмів, встановлення мінімальних смертельних доз мікробів, екзотоксинів та ендотоксинів.
4. При наукових дослідженнях з проблем механізму розвитку інфекційних хвороб, формування імунітету, специфічного лікування і профілактики.
5. При контролі імуногенності, токсичності, стерильності, безвредності, пірогенності біологічних медичних препаратів (вакцин, анатоксинів, ліків тощо).
6. Для отримання діагностичних імунних сироваток.
Дуже важливим етапом є вибір відповідної тварини для експериментального зараження. Найчастіше в лабораторній практиці використовують білих мишей, гвінейських свинок, білих щурів і кроликів. Деякі спеціальні лабораторні дослідження проводять на мавпах, собаках, котах, хом’яках, ховрахах, тхорах, бавовняних щурах, мишах полівках, а також на птахах (голуби, кури, попугаї та ін.). Вибір виду тварин оснований на знанні чутливості їх до тих чи інших мікроорганізмів.
Білі миші високочутливі до пневмококів, клебсієл, деяких видів сельмонел, збудників сибірки, чуми, туляремії, лістеріозу, меліоїдозу, правця, ботулізму, газової анаеробної інфекції, коклюшу, орнітозу, висипного тифу, сказу, лейшманіозу, токсоплазмозу. Новонароджені миші чутливі до арбовірусів, поліовірусів, коксакі-вірусів. На білих мишах визначають силу екзо- і ендотоксинів.
Гвінейські свинки чутливі до збудників туберкульозу (M.hominis), псевдотуберкульозу, дифтерії, чуми, туляремії, бруцельозу, сапу, холери, сибірки, лептоспірозу, меліоїдозу, лістеріозу, орнітозу, ботулізму, правця, газової гангрени, кашлюка, висипного тифу, ящуру.
Білих щурів використовують для експериментального відтворення сказу, садоку, амебіазу, меліоїдозу, токсоплазмозу, туберкульозу (M.bolis).
Кролики чутливі до стафілококів, стрептококів, деяких видів сальмонел, збудників туберкульозу, сибірки, пастерельозу, лістеріозу, ботулізму, правця, сифілісу, амебіазу, токсоплазмозу, вірусів сказу й простого герпесу.
Мавпи зрідка використовують як експериментальну модель при сифілісі, туберкульозі, дизентерії, лістеріозі, меліоїдозі, цереброспінальному менінгіті, черевному тифі, коклюші та ін.
Коти чутливі до збудників амебної дизентерії, сапу, кашлюку, стафілококових інфекцій, дії ентеротоксинів (кошенята-сисуни).
Сірійських хом’яків використовують для відтворення бруцельозу, сапу, лейшманіозу, токсоплазмозу, амебіазу, лептоспірозу, рикетсіозів, сказу, поліомієліту, геморагічних гарячок.
Птахи (голуби, кури, попугаї) чутливі до збудників туберкульозу (M.avium), анаеробної газової інфекції, риносклероми (курчата), ботулінового екзотоксину.
Для отримання високостандартних і легко відтворюючих стабільних результатів, а також в наукових дослідженнях, особливо вірусологічних, у лабораторній практиці використовують генетично стандартизованих лінійних (гомозиготних) тварин. Їх отримують у спеціальних віваріях шляхом багаторазового близькоспорідненого схрещування (інбридінга). Уже виведено біля 700 ліній білих мишей, 170 ліній щурів, 16 ліній гвінейських свинок, біля 70 ліній хом’яків, 7 ліній курчат та ін. Такі тварини і птахи мають чітко запрограмовані біологічні властивості, такі як висока чутливість до певних збудників, здатність до імунологічної відповіді тощо.
У лабораторних тварин можуть виникати спонтанні захворювання бактеріальної чи вірусної природи, латентні інфекції. Вони також мають свою нормальну мікрофлору. Все це ускладнює виділення чистих культур від заражених тварин і визначення їх етіологічної ролі. Цього недоліку позбавлені безмікробні лабораторні тварини – гнотобіоти, а також тварини, вільні від спеціальних патогенних збудників (СПЗ-тварини). Їх використовують для проведення важливих експериментів з проблем вивчення ролі нормальної мікрофлори в інфекції, імунітеті, утворення вітамінів, ферментів і других біологічно активних речовин.
Зараження тварин проводять із метою виділення чистих культур патогенних мікроорганізмів, які повільно або зовсім не ростуть на живильних середовищах. Часто цим способом користуються для виділення збудника з досліджуваного матеріалу, який сильно забруднений іншими мікробами (наприклад, при виділенні паличок чуми із трупів людей і тварин). Так виділяють стрептококи з мокротиння, туберкульозні палички з осаду сечі та ін.
Експериментальне зараження тварин використовують також для відтворення інфекційного захворювання на біологічній моделі тоді, коли збудник захворювання невідомий, для вивчення факторів вірулентності, дії токсинів, визначенні мінімальних смертельних доз виділених чистих культур. За його допомогою вивчають ефективність лікувальної дії антибіотиків та інших хіміотерапевтичних препаратів. Відтворення експериментальної інфекції має важливе значення для оцінки якості живих вакцин, ефективності імунологічних препаратів.
Зараження тварин проводиться або природним шляхом через дихальні шляхи та рот або штучним способом через ін’єкції.
Методи зараження лабораторних тварин.
ОСНОВНІ ФАКТОРИ НЕСПЕЦИФІЧНОГО ЗАХИСТУ ОРГАНІЗМУ
Фактори захисту організму від інфекційних агентів та інших чужорідних речовин поділяють на неспецифічні і специфічні.
До неспецифічних факторів належать механічні, фізико-хімічні, клітинні, гуморальні, а також фізіологічні захисні реакції, які забезпечують збереження сталості внутрішнього середовища і відновлення порушених функцій макроорганізму.
Неспецифічним фактором захисту є природжений (видовий, або спадковий) імунітет — несприйнятливість організму до певних патогенних агентів, яка передається спадково і властива певному виду.
Набутий імунітет належить до специфічних факторів захисту від генетично чужорідних субстанцій (антигенів); здійснюється імунною системою організму.
Неспецифічна резистентність організму зумовлена такими факторами захисту, як бар’єрна функція шкіри, слизових оболонок, лімфатичних вузлів, бактерицидні речовини рідин організму (слина,сироватка крові та ін.), видільна функція, температурна реакція та ін. Чужорідні тіла і речовини знешкоджуються в основному механічними або фізико-хімічними діяннями.
Першим захисним бар’єром на шляху проникнення бактерій в організм є шкіра. У нормальному, неушкодженому стані її захисна функція реалізується за допомогою пов’язаних між собою гормональних і клітинних механізмів. Гормони шкіри активізують Т-лімфоцити, які руйнують гетерогенні речовини (бактерії, віруси, онкогени). Шкіра здорової людини згубно діє на низку бактерій (гемолітичний стрептокок, сальмонели черевного тифу, паратифів та ін.). Кисле середовище поту пов’язане з наявністю в ньому оцтової, молочної, жирних кислот, що мають бактерицидну дію на багато мікроорганізмів. Миття рук сприяє не тільки механічному видаленню мікроорганізмів з поверхні шкіри, а й збільшенню її бактерицидних властиво-востей.
Захисні функції мають слизові оболонки очей, носа, рота, шлунка та інших органів. Подібно до шкіри, антибактеріальні функції слизових оболонок зумовлені непроникністю їх для різних мікроорганізмів і бактерицидним діянням секретів. У слізній рідині, мокротинні, слині, крові, молоці, тканинах і органах є лізоцим, що являє собою ацетилмурамідазу, а також секреторний імуноглоб у л і н А. Бактерії, які проникають у слизові оболонки, невпинно знищуються дією лізоциму. Носовий слиз бактерицидний для багатьох збудників. Нестача лізоциму у слізній рідині призводить до ураження рогівки; загоєння ран при зализуванні їх тваринами пов’язане із внесенням у них лізоциму.
Є й інші інгібітори, що виробляються клітинами органів і тканин і мають властивість пригнічувати мікроорганізми. Певне значення у неспецифічній резистентності має гіалуронова кислота, яка запобігає проникненню збудників у тканини й органи. Дуже виражені бактерицидні властивості щодо багатьох збудників, особливо мікроорганізмів, які спричиняють кишкові інфекції і харчові токсико-їнфекції, має шлунковий сік.
Якщо мікроорганізм долає бар’єр, створений шкірою і слизовими оболонками, захисну функцію виконують лімфатичні вузли, в яких затримуються і знешкоджуються патогенні бактерії. У лімфатичних вузлах розвивається запалення, що згубно діє на збудників інфекційних захворювань.
Запальна реакція характеризується вивільненням із тканин різних речовин (лейкотоксини, лейкопенічний фактор, гістамін, серотонін та ін.), під впливом яких активуються лейкоцити; скупчення їх у зоні запалення призводить до утворення захисного валу, який не дає розповсюджуватись бактеріям у тканині, крові й органах. Запалення зумовлює підвищення температури тіла, виникнення ацидозу й гіпоксії, що згубно діють на мікроорганізми.
фагоцитоз
Велике значення у неспецифічному захисті організму відіграє явище фагоцитозу, яке вперше було відкрите видатним вітчизняним вченим І.І. Мечниковим. Захоплення і перетравлювання бактерій здійснюється двома типами клітин – мікро- і макрофагами. До мікрофагів відносять поліморфноядерні нейтрофіли. Вони належать до так званих «професіональних фагоцитів». Поліморфноядерні лейкоцити – це нетривало існуюча популяція клітин, яка першою з‘являється у вогнищі запалення. У результаті стимуляції через дихальний вибух накопичується велика кількість метаболітів і гідролітичних продуктів, спрямованих на знищення бактерій як в клітинах, так і поза їх межами. У певних умовах можливе пошкодження оточуючих тканин похідними кисню. Гранулоцити виробляють більше 10 ферментів (кислі протеїнази, міелопероксидазу, лактоферин, лужну фосфатазу, лізоцим тощо) достатніх для деградації більшості ліпідів, полісахаридів і білків чутливих бактерій. Нейтрофіли продукують основні метаболіти арахідонової кислоти (лейкотриєни, простагландини), але менш активні, ніж моноцити.
Макрофаги утворюють моноцитарно-фагоцитарну систему фагоцитів. Ця система розміщена всюди: у сполучній тканині, навколо базальних мембран кровоносних судин, у легенях (альвеолярні макрофаги), в печінці (клітини Купфера) тощо. Макрофаги здатні до міграції і цілеспрямованого хемотаксису. Речовини, що визначають напрям руху макрофагу, називають хемоантрактантами. До них належать: фрагменти системи комплементу, глобуліни, лімфокіни, продукти деградації фібрину, колагену і клітин. Поступове підключення різних хемоантрактантів забезпечує постійний приплив нових макрофагів із судинного русла. Велике значення для знешкодження чужорідного антигена мають фактори, які гальмують міграцію макрофагів і затримують їх у вогнищі запалення: інтерферон, гіалуронова кислота, лімфокіни, імунні комплекси, гепарин, глюкокортикоїди, цитостатики.
Підсилюють же міграцію макрофагів нуклеїнат натрію, левамізол, a-амінокапронова кислота.
Щоб відбувся фагоцитоз мікроорганізм повинен адсорбуватись на поверхні нейтрофілу або макрофагу. Вважають, що розпізнавання макрофагами клітин-мішеней може бути пов’язане через взаємодію вуглеводзв’язуючих білків (лектиноподібні молекули). Відомо, що принциповою ознакою лектину є здатність зв’язуватись із певним цукром. На поверхні макрофагу виявлено поки що три типи лектиноподібних рецепторів, що беруть участь у макрофагонагляді – маннозний, галактозний і фукозний. Від них залежить і адсорбція бактерій на фагоциті, яка може здійснюватись трьома способами:
1. Бактерії на своїй поверхні несуть лектини, які зв’язуються з комплементарними вуглеводами на поверхні фагоцита.
2. Лектини є складовою частиною мембрани фагоцита і зв’язують вуглеводні залишки бактерій.
3. Формування мостиків між бактеріями і фагоцитами здійснюється за рахунок зв’язків лектин-вуглевод. (Ці хімічні структури можуть бути як на мембрані фагоциту, так і на поверхні бактерії).
Частинка, яка адсорбувалася на мембрані фагоцита, започатковує фазу поглинання шляхом активізації актин-міозинової скорочувальної системи, що призводить до утворення псевдоподій навколо неї. У міру того, як близькорозміщені рецептори приєднуються до мікроба, плазматична мембрана насувається на нього, поки він не опиниться у вакуолі (фагосомі). Після того події розгортаються швидко, і протягом хвилини плазматичні гранули зливаються з фагосомою і впорскують у неї свій вміст.
Знищення чужорідних клітин здійснюється за двома механізмами – кисень залежним і кисень незалежним. При кисень залежному механізмі утворюються біологічноактивні речовини, які згубно діють на фагоцитований субстрат: надпероксидний аніон, пероксид водню, гідроксильні радикали тощо. При кисень незалежному механізмі створюються оптимальні умови для функціювання катіонних білків, які руйнують бактерійну мембрану. Певне значення тут мають лізоцим, лактоферин, низьке значення pH.
Таким чином, у фагоцитозі виділяють такі основні стадії :
1. Наближення фагоцита і мікроба в результаті позитивного хемотаксису.
2. Адгезія мікроорганізма на поверхні фагоцита.
3. Активація мембрани фагоцита, що обумовлює поглинання мікроорганізму.
4. Внутриклітинне перетравлення чужорідної частинки і видалення продуктів розпаду за межі клітини.
Встановлено, що частинки фагоцитуються, якщо вони більш гідрофобні, ніж фагоцити. Наприклад, мікобактерії і лістерії – гідрофобні, тому вони добре фагоцитуються. У той же час пневмококи і клебсіели більш гідрофільні і тому слабо фагоцитуються. Мікроорганізми виробили цілий ряд пристосувань, які захищають їх від цієї лінії захисту організму. Наприклад, мікобактерії туберкульозу і лепри, бруцели, порпипвши в цитоплазму макрофагу, здатні навіть розмножуватись (туберульозні палички пригнічують злиття фагосом з лізосомами, оболонка збудника лепри стійка до дії ферментних систем фагоцита). Деякі рикетсії здатні залишати фагосоми й існувати безпосередьо в цитоплазмі, легіонели пригнічують механізм дихального вибуху і таке інше.
Явище, коли мікроорганізми не перетравлюються у фагоциті, отримало назву незавершеного фагоцитозу.
Стимулюють фагоцитарну активність лейкоцитів антитіла, компоненти комплементу, лімфокіни, простагландини та інше (табл. 3).
Таблиця 3
Чинники, які сприяють різним стадіям фагоцитозу
Хемотаксис |
Опсонізація |
Руйнування |
Перетрав-лювання |
С5а |
IgG1, IgG3 |
Лізосоми |
Лізосомні ензими |
Тафтсин |
С3b |
ОН, О, НО, О, ОС1 |
|
ФХЕ |
Фібронектин |
Лактоферин |
|
Лейкотрієни |
IgM |
Лізоцим |
|
Стінки бактерій |
Псевдоподії |
Кислі рН |
|
Підсумовуючи все сказане про фагоцити й фагоцитоз, треба наголосити, що мононуклеарні фагоцити (моноцити і тканинні макрофаги) є не тільки клітинами першої лінії захисту, а, по суті,. клітинами – фабриками для забезпечення організму продуктами першої необхідності. Вони беруть участь у синтезі всіх компонентів комплементу, біоактивних ліпідів – речовин циклооксигеназного і ліпооксигеназного шляхів. Макрофаги є активними продуцентами протеолітичних ферментів, ліпази, лізосомальної гідролази, дезамінази, лізоциму. Значний внесок макрофаги вносять у постачання білків екстрацелюльозного матриксу і адгезійних клітинних молекул: фібронектину, тромбоспондану, протеогліканів. Вони синтезують білки, які здатні зв’язувати метали (трансферин, ізоферитини), вітаміни (транскобаламін), ліпіди, фактори росту тощо. Макрофаги беруть участь у процесах коагуляції, продукуючи фактори V, VII, IX, X, а також протромбіназу, інгібітори плазміну; синтезують стероїдні гормони, продукти пуринових і піримідинових основ. Однак особливого значення набувають і продукти їх синтезу, що мають властивості гормонів. До таких гормональних пептидів відносять еритропоетин, бомбезин, соматотропін, ендорфін, фібробласт активуючі фактори, АКТГ, інтерлейкіни (ІЛ-1, ІЛ-6, ІЛ-8), інтерферони, фактор некрозу пухлин та інше. Якраз ці продукти макрофагів є найбільш важливими комунікаційними й медіаторними молекулами в запальних та імунних реакціях.
система комплементу
Одночасно з фагоцитозом спрацьовує інша потужна система захисту – система комплементу. Комплемент- це складний комплекс білків (близько 20), які формують каскадну ферментну систему. Компоненти комплементу позначаються літерою С із зазначенням порядкового номера (С1, С2, С3…С9). У нормі у сироватці крові знаходяться найважливіші компоненти комплементу в неактивному стані. Одночасно там присутні і фракції, що здатні пригнічувати певні активовані компоненти цієї системи.
Суттю каскадної активації системи комплемента є те, що кожен із перших п’яти компонентів у результаті активації перетворюється на фермент, який розщеплює наступний компонент і надає йому властивостей фермента.
Яким же чином реагує система комплементу при появі в організмі чужорідної генетичної інформації? Вона активується по різному залежно від того, чи в організмі вже синтезувались антитіла на даний агент, чи таких антитіл ще немає. Тому і говорять про класичний шлях активації комплементу (за наявності антитіл) і альтернативний шлях (за їх відсутності).
Альтернативний шлях активації
В організмі постійно, досить повільно в результаті реакції з водою або незначними кількостями протеолітичних ферментів плазми С-3 фракція комплементу активується, що обумовлює утворення активного проміжного продукту її розщеплення – С3b. У присутності іонів Mg C3b може утворити комплекс з іншим компонентом системи комплемента- фактором В. Згодом у цьому комплексі фактор В розкладається фактором D (фермент плазми крові) і виникає комплексна структура C3bBb. C3bBb має значну ферментативну активність і являється “C3-конвертазою”, яка розкладає компонент С3 на С3а і С3b. Ключове значення для реагування системи комплементу має утворений C3b. Якщо він утворився в достатній кількості, то запускається весь подальший процес активації, який завершується лізисом чужерідної клітини.
Проте в звичайних умовах С3bBb– конвертаза в розчинах нестабільна і фактор В легко заміщується іншим компонентом – фактором H. В результаті цього утворюється комплекс доступний для атаки фактором I, який в кінці кінців інактивує C3b. Пасивність C3b посилюється за наявності сіалової кислоти, яка стабілізує комплекс C3b–H. При наявності поверхні, яка не має сіалової кислоти, C3b сполучається із фактором В і активується. Поверхні, які сприяють цій активації є на стінках бактерій, на деяких заражених вірусами клітинах, пухлинах чи клітинах, в яких сіалова кислота була зруйнована нейрамінідазою.
Деякі мікроорганізми, попадаючи в організм, здатні активувати C3bBb– конвертазу з утворенням великої кількості продуктів розщепленя С3. C3bBb– конвертаза зв’язується вуглеводними ділянками мікробної мембрани, що захищає її від фактору Н. Потім інша речовина – білок пропердин приєднується до зв’язаної C3bBb-конвертази, стабілізуючи її. Фіксована на бактерійній мембрані С3- конвертаза розкладає компонент С3. Продукт цього розкладу C3b ковалентно зв’язується з мембраною. Один активний центр C3bBb дозволяє зв’язатись з бактерією великій кількості молекул C3b. Ця послідовність реакцій, що обумовлена безпосередньо мікроорганізмами і не зв’язана з комплексом антиген – антитіло, і приводить до розщеплення С3. Наступним етапом є активація компонента С5, який, взаємодіючи з C3b зв’язаним з мембраною, стає субстратом для C3bBb і розкладається з виділенням короткого пептиду С5а. В той же час великий фрагмент C5b залишається зв’язаним з мембраною і послідовно зв’язує компоненти С6, С7, С8, утворюючи комплекс, який сприяє правильній орієнтації двох або більше молекул останнього компоненту С9. Це приводить до розгортання молекул С9, їх проникненню всередину ліпідного бішару мембрани і полімеризації в кільцеподібний мембраноатакуючий комплекс. Цей комплекс формує в мембрані трансмембранний канал, через який за рахунок високого осмотичного тиску всередині клітини проникають іони Na і води, що і є причиною лізису клітини (рис. 8).
Таким чином руйнуються бактерії, спірохети, рикетсії, чужерідні клітини. В одночас альтернативний шлях активації комплементу може запускатись і антитілами, які покривають сіалову кислоту на клітинних мембранах або протеолітичними ферментами макрофагів.
Але система комплементу, крім функції лізису клітин має цілий ряд інших важливих біологічних функцій. Умовно їх можна поділити на три групи.
Перша група – реакції адгезії. Клітини, які фагоцитують, мають рецептори до С3b і C3bI, що полегшує прилипання (адгезію) мікробів, на поверхні яких знаходиться C3b.
Друга група – утворення біологічно активних субстанцій. В процесі активації комплемента від молекул попередників (С3 і С5) відщеплюються невеликі пептиди С3а і С5а. Вони безпосередньо впливають на фагоцити,викликаючи різку активацію дихання, що приводить до продукціі метаболітів кисню. Крім того, вони являються “анафілатоксинами” і можуть викликати виділення медіаторів із тучних клітин і базофілів.
Особливе значення мають хемотаксичні властивості цих молекул і їх вплив на кровоносні судини. В свою чергу С5а є сильним хемотаксичним фактором для нейтрофілів і здатний ефективно впливати на клітини ендотелію капілярів, викликаючи розширення судин і підвищення їх проникливості. Цей ефект підтримується тривалий час лейкотриєном В, який виділяють тучні клітини і активовані нейтрофіли.
Третя група – пошкодження мембран. Як вже зазначалось, мембраноатакуючий комплекс вбудовується в мембрану чужерідної клітини і обумовлює її лізис. В той же час система комплементу малоефективна для лізису мембран власних клітин.
Класичний шлях активації комплементу
Коли в організмі синтезувались на збудник антитіла у систему захисту включається класичний шлях активаціі комплементу (рис. 9). Можна гадати, що антитіло виникло як специфічний чинник для реакції з тими мікроорганізмами, які не здатні запустити альтернативнй шлях активаціі комплемента.
Як відомо деякі антитіла (IgG i IgM) в районі шарнірної ділянки мають рецептори до CIq компонента комплемента. Особливо активно зв’язує комплемент IgМ. Але ця здатність антитіл проявляється лише після того, як вони своїми активними центрами з’єднаються з антигенами. Таким чином, антитіло взаємодіючи з мікроорганізмом, зв’язує і активує перший компонент комплементу C1q. Останній об’єднується з С1r i C1s в єдиний комплекс. Активований C1s взаємодіє з наступним компонентом комплемента С4, в результаті розщеплення якого утворюються два його фрагменти: С4а і C4b. C4b може зв’язатись з комплексом антитіло – С1 або з поверхнею мікроорганізма. В присутності іонів Mg компонент С2 здатний утворювати сполуку з С4b, формуючи субстрат для C1s. Виникає комплекс C4b2a, який має виражену конвертазну активність по відношенню до С3. Цей комплекс володіє такою ж специфічністю, як і згадувана нами попередньо конвертаза альтернативного шляху – С3bBb. З цього моменту весь процес подальшої активації комплементу відбувається таким же чином, як і в альтернативному шляху. Одна молекула C3b приєднується до комплекса C4b2a і перетворює його у фермент, який здатний розщепити компонент С5. В кінці кінців через послідовну активацію молекул С6, С7, С8, С9 виникає мембраноатакуючий комплекс, що руйнує мікробну мембрану. Конвертаза класичного шляху активації комплементу теж, як і C3bBb, знаходиться під контролем відповідних факторів (G, C4bp, CR1).
Таким чином, сценарій захисту організму виглядає так. Все розпочинається з активації комплементу по альтернативному шляху. Конвертаза C3bBb Закріплюється на поверхні бактерії і розкладає значну кількість С3. Фрагмент С3а виділяється, а багаточисленні молекули C3b зв’язуються з мембраною мікроорганізму. Це активує наступний етап з утворенням С5а і мембраноатакуючого комплексу. В подальшому на сцену подій виходять С3а і С5а. Вони сприяють вивільненню медіаторів із тучних клітин і разом з ними залучають у вогнище проникнення мікроба інші компоненти системи комплемента і поліморфноядерні нейтрофіли. Все це обумовлює посилення кровотоку, розширення дрібних судин, а скорочення клітин ендотелію капілярів дозволяє білкам плазми виходити із судин. Нейтрофіли сповільнюють рух біля стінок капілярів, проникають в отвори між ендотеліальними клітинами і пересуваються за градієнтом концентрації хемотаксичних факторів, поки не зустрінуться з бактерією, покритою C3b. Далі відбувається зв’язування мікроорганізма з C3b рецепторами нейтрофілу, С3а і С5а різко активують клітинне дихання, і миттєво наступає руйнування бактеріальної клітини.
Ці процеси обумовлюють відповідні симптоми: гіперемію, набряк, біль. Так, гіперемія є наслідком розширення капілярів, набряк – результат ексудації білків плазми. Описані прояви, а також накопичення нейтрофілів, характерні для гострої запальної реакції.
Слід зауважити, що сам комплемент здатний безпосередньо інактивувати деякі віруси й у відсутності антитіл, наприклад ряд ретровірусів. Це можливе тому, що деякі вірусні білки являються рецепторами C1q. Ряд даних свідчить, що віруси можуть активувати комплемент і альтернативним шляхом.
Крім перерахованих механізмів, розповсюдження збудника може бути обмежене ферментами, що вивільнюються із пошкоджених тканин і активують згортальну систему крові. До таких речовин відносять С – реактивний білок, сироватковий амілоїдний А – білок, a1 – антитрипсин, a2 – макроглобулін, фібриноген, церулоплазмін і ін.
С – реактивний білок при участі іонов кальцію здатний зв’язуватись з деякими мікроорганізмами, до складу мембрани яких входить фосфорилхолін. Комплекс, який при цьому утворюється активує систему комплементу по класичному шляху. При цьому С3b зв’язується з мембраною бактерії, яка легко фагоцитується, дякуючи наявності на поверхні фагоцита рецепторів С3b.
г) Інтерферони
Особливе значення в системі неспецифічного захисту організму надається інтерферонам. Розрізняють три основні типи інтерферонів: a –інтерферон (лейкоцитарний), b-інтерферон (фібробласний) і g-інтерферон (імунний). Кожен тип включає підтипи, які розрізняються, наприклад, по чутливості до рН. 25 представників родини a-інтерферону і два підтипи b-інтерферону гетерогенні і розрізняються за молекулярною масою і амінокислотними послідовностями. Гама-інтерферон не має підтипів.
Альфа-інтерферону притаманна антивірусна і антипроліферативна дія. Він пригнічує проліферацію мононуклеарів крові у відповідь на дію антигенів, мітогенів за рахунок специфічної цитотоксичності. Підсилює кілерну активність лімфоцитів у відношенні пухлин. Може підвищувати продукцію лейкотриєна В4, гальмувати виділення лейкотриєна С4. Що можна використати для пригнічення анафілактичних і запальних реакцій.
Бета-інтерферон – регулює проліферацію і функціональну активність макрофагів, підсилює їх протипухлинну активність, активує природні кілери.
Гама-інтерферон – природній регулятор імунної відповіді, володіє також противірусною і протипухлинною активністю, підвищує вираженість (експресію) антигенів гістосумісності І і ІІ класів. Синтез цього виду інтерферону відбувається під впливом бактерійних і вірусних антигенів, лектинів. В певній мірі впливають на виділення інтерферону ІЛ-2, лейкотриєни В4, С4, D4.
При вірусній інфекції клітини активно синтезують інтерферон і секретують його у міжклітинний простір, де він зв’язується з специфічними рецепторами сусідніх незаражених клітин. Інтерферон безпосередньо не діє на віруси. Після його взаємодії з рецепторами клітин наступає дерепресія й активація генів, які локалізовані у людини на 21 хромосомі. Це приводить до формування 12 нових внутриклітинних білків, які відсутні в клітинах, на які не подіяв інтерферон. При цьому різко, в десятки раз зростає синтез двох нових ферментів: синтетази і протеїнкінази. Синтетаза розщеплює мРНК, пригнічуючи подовження поліпептидного ланцюга, водночас активує в цих клітинах протеїнкіназу, що перебуває там у неактивному стані. Протеїнкіназа фофорилює фактор ініціації, інактивує його і тим самим гальмує трансляцію вірусного геному.
Таким чином, під впливом інтерферону в клітинах синтезується два ферменти, один з яких гальмує синтез вірусних білків, а другий розщеплює вірусні РНК, що утворились. В кінці кінців навколо вогнища вірусної інфекції утворюється бар’єр із неінфікованих клітин. Необхідно зауважити, що інтерферони відіграють значну роль в боротьбі з вірусами, але не в попередженні вірусних інфекцій.
Чинники, які стимулюють виділення інтерферону. Першим і найбільш важливим інтерфероногеном є вірусна інфекція. Інтерферон виробляється практично при заражені будь-яким вірусом, як РНК- так і ДНК-містким, причому РНК-місткі віруси – хороші індуктори, тоді як ДНК-геномні, за виключенням поксвірусів – більш слабі. Кінетика синтезу інтерферону в загальному одинакова для всіх вірусів: його продукція починається приблизно через 4 години після зараження і досягає вершини, коли синтез вірусних білків відбувається з максимальною швидкістю, і потім знижується.
Другим сильним стимулятором синтезу інтерферону є двохланцюгова РНК. Це природні двохланцюгові РНК, в тому числі РНК реовірусів, реплікативні форми РНК- містких вірусів, а також синтетичні двохланцюгові полірибонуклеотиди. В той же час ні одноланцюгова РНК чи ДНК, ні двохланцюгова ДНК або гібридні РНК-ДНК не здатні бути інтерфероногенами. Активні інтерфероногени повинні бути відносно стійкі до рибонуклеази.
Наступним основним класом індукторів інтерферону є віруси, які нездатні реплікуватись. Наприклад, віруси в непермісивних клітинах або інактивовані віруси. Частково можна пояснити цей факт наявністю у цих вірусів двохланцюгової РНК, яка здатна із них вивільнюватись. Напевно тому, інактивований ультрафіолетом реовірус у 200 разів більш ефективний як стимулятор інтерферону в порівнянні з неінактивованим, тому що в зараженій клітині перший розпадається із вивільненням двохланцюгової РНК.
Недавно було відкрито новий аспект індукції інтерферону вірусами і їх компонентами. Доказано, що деякі структурні білки (білок фібрил аденовірусу і глікопротеїн HN вірусу Сендай) володіють мітогенною активністю відносно В-лімфоцитів і стимулюють утворення інтерферону в клітинах селезінки.
Іншими інтерфероногенами, які запускають синтез невеликої кількості інтерферону можуть бути бактеріальні ендотоксини, збудники трахоми, мікоплазми, найпростіші, рикетсії, полімери поліакрилової кислоти, малеїнова кислота і інш.
Ще одну важливу групу стимуляторів виділення інтерферону складають метаболічні активатори. В першу чергу до них відносять мітогени для нестимульованих лімфоцитів і специфічні антигени для імунних лімфоцитів, промотори пухлинного росту (бутират, бромдезоксиуридин, дексаметазон, диметилсульфоксид), речовини, які пригнічують утворення мРНК або синтез білка.
Дія інтерферонів, як і гормонів, реалізується на плазматичній мембрані клітини при їх сполучені з особливими рецепторами. Чітко встановлено, що інтерферон у середині клітини, в якій він синтезується, не володіє біологічною активністю. Спочату він повинен виділитись, а потім знову адсорбуватись клітинами.
д ). Природні кілери
Віруси, як відомо, здатні розмножуватись тільки в клітинах господаря, використовуючи їх репродуктивні механізми. Без сумніву, господар зацікавлений знищити ці заражені клітини до того, як вірус почне в них розмножуватись. Якраз це контролюють і здійснюють особливі клітини організму – природні кілери (ПК). Вони здатні розпізнавати вірусні антигени, які появляються на мембрані інфікованих клітин. Дякуючи цій властивості, ПК клітини вибирають серед різноманіття клітин тільки ті, які уражені вірусом.
Процес відбувається таким чином. Як тільки рецептор природного кілера зв’язується з клітиною зараженою вірусом, ПК- клітина активується і впорскує вміст своїх гранул (білок перфорин) у позаплазматичний простір інфікованої клітини. За своєю структурою перфорин подібний до С9 компонента комплемента і, як і він, може вбудовуватись в мембрану клітини мішені. Там молекули перфорину полімеризуються, при цьому утворюється трансмембранний канал, що і приводить до лізису клітини. Разом з клітиною знищуються і всі віруси, які в ній знаходились. При цьому ПК- клітина залишається непошкодженою і здатна вступати в контакт з наступною мішенню. Таке явище одержало назву “смертельного поцілунку”.
Природні (нормальні) кілери – самостійна популяція мононуклеарних клітин, незалежна від тимусу. Вони містяться у великій кількості в периферичній крові, селезінці і інших органах. Цитотоксичність ПК, виділених із цих органів – різна. Найбільша активність зафіксована у лімфоцитів периферичної крові, найменша – в клітинах кісткового мозку. Вважають, що природні кілери виконують в організмі різноманітні функції: контролюють ріст первинних і метастатичних пухлинних клітин, контролюють розвиток мікробних і вірусних інфекцій, виробляють медіатори, приймають участь в імунорегулюючих процесах, контролюють проліферацію і диференціацію гемопоетичних клітин, започатковують розвиток трансплантаційного імунітету. Важливо підкреслити, що природні кілери стійкі до іонізуючої радіації і не фагоцитуються.
Останнім часом велика увага надається фібронектину, у якого відкрито виражену імуногенну активність. В цьому складному білку матеріалізований зв’язок системи імунітету із внутрішнім середовищем організму. Фібронектин здатний одними активними центрами приєднуватись до рецепторів клітин (макрофагів, нейтрофілів і т.д.), а іншими зв’язувати імунні комплекси (через C1q) або грампозитивні бактерії. Фібронектин має спеціальні структури для приєднання до фібрину, гепарину, колагену. Він володіє опсонізуючою функцією, здатний фіксувати і обмежувати розповсюдження мікробних антигенів і імунних комплексів у тканинах організму.
Таким чином, в організмі постійно існує і функціонує розгалужена система вродженого природнього захисту від чужорідних агентів, основу якої складають різноманітні активні речовини, що знаходяться в сироватці крові, секретах, тканинах, органах. Складовою цієї системи є також нормальна мікрофлора організму, яка має виражені антагоністичні властивості відносно багатьох збудників. Мікрофаги, макрофаги та природні кілери здатні успішно знищувати чужорідні та змінені власні клітини, бактерії, віруси. Все це створює першу лінію захисту організму, яка успішно протистоїть збудникам інфекційних захворювань.
ВЧЕННЯ ПРО ІМУНІТЕТ
Під терміном «імунітет» (від лат. immunitas — звільнення, позбавлення чогось) розуміють несприйнятливість (резистентність) організму до інфекційних і неінфекційних агентів, яким властива генетична гетерогенність. Організми тварин і людини дуже точно диференціюють «своє» і «чуже», завдяки чому забезпечується захист не тільки від проникнення патогенних мікроорганізмів, а й від чужорідних білків, полісахаридів, ліпополісахаридів та інших речовин.
Наука, яка вивчає питання імунітету, називається імунологією; це самостійна наукова дисципліна, що розглядає широке коло біологічних явищ. Виділяють інфекційну і неінфекційну імунологію.
Інфекційна імунологія вивчає механізми несприйнятливості до інфекційних захворювань; роль клітинних і гуморальних факторів у формуванні імунітету, молекулярну структуру і біосинтез антитіл, будову їх активних центрів, хімічну структуру лімфоцитів, макрофагів та їх взаємодію; розробляє і вдосконалює специфічні методи терапії, діагностики і профілактики інфекційних захворювань.
До неінфекційної імунології відносять імуногенетику, яка виявляє закономірності успадкування антигенів клітин і тканин, здійснює генетичний контроль імунних реакцій; імуноморфологію, що досліджує імунологічні прояви на субклітинному, клітинному і тканинному рівнях; трансплантаційну імуноло-г і ю, яка вивчає Імунологічну несумісність тканин, механізми відторгнення трансплантантів, шляхи подолання тканинної несумісності; Імунопатологію, яка визначає роль імунних механізмів у виникненні і розвитку низки захворювань; імуногематоло-г і ю, яка досліджує закономірності успадкування хвороб крові; і м у-нологію онтогенезу, яка розкриває імунологічні механізми в процесі індивідуального розвитку і генетичної сталості внутрішнього середовища організму.
Таким чином, сукупність анатомо-фізіологічних особливостей організму забезпечує певний ступінь стійкості, утому числі несприйнятливість до деяких мікроорганізмів. Характерною особливістю цієї форми резистентності є відсутність специфічності.
Неспецифічна резистентність є могутньою системою захисних реакцій, що забезпечують збереження сталості внутрішнього середовища макроорганізму (гомеостазу), на основі яких у процесі еволюції сформувалися видовий і набутий імунітет.
СПАДКОВИЙ (ВИДОВИЙ, АБО ПРИРОДЖЕНИЙ) ІМУНІТЕТ
Природжений імунітет — це неспецифічна резистентність, що властива тому чи іншому виду тварин або людині і передається спадково з покоління в покоління. Прикладом спадкового імунітету може бути несприйнятливість людей до чуми рогатої худоби, собак, курячої холери, інфекційної анемії коней. З іншого боку, тварини не хворіють на багато інфекцій людини — черевний тиф, скарлатину, вітряну віспу, сифіліс, кір та ін.
Спадковий імунітет залежить від фізіологічних та біологічних особливостей того чи іншого виду організмів, що сформувались у процесі природного відбору, мінливості й генетичної адаптації до умов зовнішнього середовища.
Помічено, що висока сприйнятливість до інфекційних захворювань бактеріальної і вірусної етіології буває серед видів тварин, їх популяцій (або у людей), що не зустрічаються з цим збудником в результаті екологічної або географічної ізоляції.
Ступінь напруженості спадкового імунітету може бути абсолютним і відносним. Так, наприклад, в організмі пацюків клітини не мають рецепторів до дифтерійного, а в риб і ящірок — до правцевого токсину, внаслідок чого вони абсолютно несприйнятливі до названих токсинів. Імунітет деяких тварин до збудників інфекційних захворювань можна підвищити зміною температури тіла, діянням на організм гормонами, імунодепресантами, рентгенівським опромінюванням. Так, якщо в курей знизити, а в жаб підвищити температуру тіла, то вони стають чутливими до бацил сибірки. У цьому разі кажуть про відносну несприйнятливість.
Механізм імунітету до інфекційних захворювань грунтується на відсутності в клітинах організму рецепторів і субстратів, потрібних для адсорбції і розмноження збудника, наявності речовин, які блокують репродукцію патогенних агентів, та властивості макроорганізму синтезувати різні інгібітори у відповідь на проникнення патогенних мікроорганізмів.
НАБУТИЙ ІМУНІТЕТ
Численними спостереженнями ще в далеку давнину було встановлено, що люди, які перенесли чуму, не заражались при догляді за хворими, ураженими цим захворюванням.
У різних країнах великого значення надавалось профілактичним заходам, у тому числі щепленням проти деяких захворювань. Так, жителі Африки з дав-
ніх-давен успішно застосовували вакцинацію проти отрути змій; створювали штучний імунітет проти епідемічного поворотного тифу,епізоотичної плевропневмонії рогатої худоби.
У Китаї за 2000 років до н. є. щепили дітей проти віспи. У ряді країн Сходу робили насічки на шкірі передпліччя і вводили в них висушені І розтерті на порошок віспяні кірочки. У деяких народів Кавказу було прийнято робити уколи голками, намоченими у віспяному заразному матеріалі.
Проте народні способи відтворення несприйнятливості до інфекційних захворювань зараженням нерідко ставали причиною виникнення типових захворювань та різного роду ускладнень.
Серед населення Англії, Франції, Німеччини для запобігання натуральній віспі був звичай доручати дітям із подряпинами на шкірі рук доїти корів, уражених коров’ячою віспою.
Багаторічні спостереження і вивчення Е. Дженнером несприйнятливості до натуральної віспи осіб, які перехворіли на коров’ячу віспу, привели до відкриття ним у 1796 р. методу віспощеплення, який з 1798 р. почали застосовувати в Англії, а потім і в інших країнах.
У другій половині XIX ст. Л. Пастер і його учні винайшли метод ослаблення збудників курячої холери, сибірки і сказу і довели можливість застосування цих ослаблених бактерій, що дістали назву вакцин, для специфічної імунізації, або вакцинації.
Набутий імунітет поділяють на природний і штучний. Природний імунітет, у свою чергу, поділяють на: 1) активно набутий в результаті перенесеної, клінічно вираженої або латентної інфекції чи багаторазового інфікування без клінічно вираженого захворювання; 2) пасивно набутий у немовлят внаслідок передачі антитіл від матері через плаценту та з грудним молоком.
імунітет Штучно набутий імунітет відтворюється активною або пасивною імунізацією.
Набутий спадково не передається. Він формується щодо конкретного виду збудника в результаті контакту з ним, тобто він цілком специфічний.
Основною функцією імунітету є систематичне розпізнавання всього чужорідного, що проникає в організм (бактерії, гриби, віруси, найпростіші), власних змінених клітин, підтримання гомеостазу, нейтралізація, видалення та знищення чужорідних агентів. Пізнавати “не своє” а “ чуже “ – бережливо берегти “своє“.
Основні властивості речовин – антигенів
Хімічна природа. Відомо, що речовини із складною хімічною будовою мають значну антигенність. Найбільш виражені антигенні властивості притаманні білкам. Теоретично із 20 основних амінокислот можна побудувати 1020 різних за антигенними властивостями поліпептидів. Обов’язковою умовою антигенних властивостей білків є доступність тирозинових залишків для рецепторів імунокомпетентних клітин. Проте для прояву їх антигенності має значення не тільки хімічна стуктура, але й їх хімічний стан. Білки – антигенні тільки в колоїдному стані. В порівнянні з білками, полісахариди у чистоìу вигляді рідко є антигенами. Антигенні властивості полісахариди проявляють в складі складних сполук з ліпідами і білками. В той же час хорошими антигенами є полісахариди клітинної стінки і капсул бактерій, полісахариди тваринного походження, наприклад, глікоген, речовини, що визначають групи крові людини.
В комплексі з білками, як гаптенні субстанції, можуть функціонувати такі ліпіди: кардіоліпін, холестерин, лецитин, кефалін. Вони стимулюють синтез антитіл і реагують з ними.
Важливою властивістю антигенів є їх генетична чужерідність. Відомо, що кожний індивідум має свій індивідуальний набір генів, а значить свій набір макромолекул – білків-антигенів. Якраз, дякуючи цьому, і можливе існування індивідума як такого. Імунна система є тим цензором, контролером, який не допускає в організм речовини з іншою генетичною програмою і слідкує за генетичним складом свого внутрішнього середовища. В зв’язку з чим існує таке визначення антигенів – це речовини, які несуть на собі ознаки чужерідної генетичної інформації.
Антигенні відмінності існують між видами і між окремими особами в середині виду. Речовина являється антигеном для даного виду, якщо вона генетично чужерідна для її лімфоїдної системи. Ступінь чужерідності являється важливим фактором імуногенності антигену. Речовини, дуже подібні по своїй хімічній структурі до власних речовин організму, являються слабими антигенами. Речовини, які виконують у різних організмів одну й ту ж функцію – також погані антигени (гемоглобін, інсулін та ін.). В той же час у власному організмі є речовини і тканини, які в період ембріонального розвитку не контактували з лімфоїдною тканиною, а тому лімфоїдна система “не знає” про їх існування. І якщо при певних патологічних процесах ці речовини попадают у кров, лімфоїдна система реагує на них як на чужерідні (кришталик ока, щитовидна залоза, мозкова тканина, сперматозоїди, казеїн та інш.).
Такі речовини являються антигенними для власного організму і називаються аутоантигенами. Крім того, різноманітні процеси в організмі можуть приводити до часткових змін молекул власного організму (віруси, отрути, хімічні речовини, іонізуюча радіація, температурний фактор), і вони також стають антигенами.
Наступною властивістю антигенів є їх макромолекулярність. Чим вища молекулярна маса, чим складніша їх структура, тим кращими антигенами вони є. Як правило, у хороших антигенів молекулярна маса становить десятки тисяч дальтон. Чим більше на поверхні антигену різноманітних кінцевих залишків амінокислîт (-СООН, -ОН, –SО3Н), моно- і дицукрів, так званих детермінантних груп, тим кращі антигенні властивості він має.
Специфічність антигену. Як правило, будь-який антиген складається з двох частин: високомолекулярного носія, який забезпечує макромолекулярність, молекулярну масу (це білок або полісахарид) і детермінантної групи, від якої залежить специфічність антигену. На одному носію може бути багато детермінантних груп, і на кожну з них синтезуються окремі антитіла (рис. 1).
Специфічність антигену обумовлена не тільки структурою детермінантної групи, але і її просторовим розміщенням. Речовини з однаковими детермінантами, але з різним її просторовим розміщенням (орто-, парарозміщення, L- i D-структури) – відмінні в антигенному відношенні. Детермінанти специфічності білкових антигенів є комбінацією залишків амінокислот, які створюють певну трьохпросторову конфігурацію, олігопептиди, кінцеві амінокислоти.
Імунологічна специфічність антигенів полісахаридного походження визначається складом цукрів і типом зв’язку. Цими детермінантами можуть бути моно-, ди- і трисахариди, які складаються із 5-6 простих цукрів. Роль носія, напевно, заключається в тому, що він стабілізує стереохімічну структуру детермінанти в найвигіднішому положенні для з’єднання з активним центром антитіла.
Розрізняють таке поняття як валентність антигену. Валентність антигену – це кількість детермінантних груп на його молекулі. Неповноцінні антигени, як правило, мають лише одну детермінантну групу і тому є одновалентними.
Детермінантні групи антигену розпізнаються рецепторними структурами антитіл і імунокомпетентних клітин. Їх називають епітопами. Епітоп – це та частинка антигену, яка з’єднується з активним центром антитіла (ідіотопом).
Велике значення для антигенних властивостей речовини має стабільність конструкції молекули, її жорсткість. Желатина, маючи високу молекулярну масу, є поганим антигеном через нестабільність конструкції молекули, яка повертається навколо своєї осі. Якщо структуру молекули за допомогою відповідних речовин стабі- лізувати, то желатина стає добрим антигеном.
Види специфічності . Як ми вже говорили, специфічність антигенів визначається особливостями хімічної структури, їх детермінантними групами (епітопами). Розрізняють специфічність видову, групову, типову, гетероспецифічність, органну і тканинну.
Видова специфічність. Кожен вид організму має в органах і тканинах свої характерні антигени. Ці антигени носять назву видових.
У різних індивідумів одного й того ж виду однакові білки відрізняються за антигенними властивостями, що обумовлено генотипічно. Ці відмінності називаються алотипічними.
Групова специфічність. Серед тварин одного й того ж виду є групи, які відрізняються специфічними антигенами. Такі антигени спільні для груп тварин чи людей називаються груповими або ізоантигенами. У людей розрізняють 14 груп за ізоантигенами еритроцитів, існує також система HLA (лейкоцитарних антигенів), яка відіграє головну роль в реакціях гістосумісності. Проте у повсякденній практиці найчастіше використовується визначення основних чотирьох груп крові, які асоційовані з наявністю відповідних антигенів на еритроцитах. При наявності антигена А (група А), В (група В), АВ (група АВ), при відсутності антигенів АВ (група О). Їх оприділення має вирішальне значення при переливанні крові. Основна схема переливання крові подана нижче (рис. 2).
Типова специфічність. Ці антигени обумовлюють відмінності серед штамів одного і того ж виду мікробів. За такими типовими антигенами розрізняють окремі типи стрептококів, менінгококів, ботулінового токсину тощо.
Під гетероспецифічністю розуміють такий стан, коли у різних видів знаходять однакові антигени. Наприклад, так званий антиген Форсмана знаходять у сальмонел, баранячих еритроцитах, нирках гвінейської свинки. Загальні антигени часто зустрічаються в тканинах тварин і мікроорганізмів.
Органна специфічність. Тканини кожного органу мають специфічну хімічну будову, отже, містять специфічні лише для конкретного органу антигени. Такі антигени виявлені в нервовій тканині, нирках, щитовидній залозі, печінці .легенях.
Антигени, які виявляються тільки у певній тканині, називаються тканинними і говорять про тканинну специфічність.
Розрізняють ще тимусзалежні і тимуснезалежні антигени.
Тимусзалежні антигени – це такі антигени, для імунної відповіді на які потрібна допомога Т-лімфоцитів. Вони повинні мати хоча би одну детермінанту (гаптен) для В-лімфоцита і детермінанту (носій) для Т-лімфоцита, з допомогою яких вони взаємодіють із цими імунокомпетентними клітинами. Такими антигенами є деякі білки сироватки, еритроцити барана та інш.
Тимуснезалежними називаються антигени, для імунної відповіді на які не потрібно допомоги Т-лімфоцèòів. Це високополімерні білки і полісахариди. Молекули цих антигенів мають значну кількість однозначних детермінантних груп.
3. Антигени бактерій і вірусів.
Вам відомо, що до складу мікроорганізмів входять білки, полісахариди, сполуки білків з полісахаридами і ліпідами, нуклеїнові кислоти. Складністю хімічної будови бактерій зумовлена їх мозаїчність в антигенному відношенні. У бактерійній клітині знаходяться різноманітні антигени і гаптени, які поділяються на дві групи: групові – загальні для декількох видів бактерій і специфічні видові, які притаманні тільки даному виду і відсутні в інших видів.
Варіанти в межах виду розрізняються за антигенами, специфічними для сероварів. Використовуючи специфічні антисироватки можна диференціювати мікроорганізми в межах роду і виду. Найбільш складними в хімічному відношенні продуктами мікробного походження є білки. Дуже багаті білками мікросомні фракції бактерій. Серед протеїнів бактерій найбільше значення як антигенні субстанції мають муко-, хромо- і нуклеопротеїни. В клітинах сальмонел розрізняють: соматичний – О-, джгутиковий – Н– і капсульний К-антигени, кожен з яких стимулює синтез специфічних антитіл (рис. 3).
У клітинній стінці грамнегативних бактерій міститься ендотоксин – ліпополісахарид (ЛПС), який є антигеном. Ендотоксини грамнегативних бактерій є полімерами і мають подібну структуру незалежно від виду бактерій. Молекули ЛПС складаþться з гідрофільної полісахаридної частини і з гідрофобної – ліпіду А. Специфічність сальмонел залежить від структури специфічних бокових ланцюгів ліпополісахариду, які побудовані з гексоз, пентоз та інш.
В клітинній стінці стафілококів знаходяться два видоспецифічні антигени. Антиген А – специфічний для S. aureus (тейхоєва кислота) і антиген В – специфічний для сапрофітних стафілококів. Антигенні властивості мають і позаклітинні продукти стафілококів: гемолізини, лейкоцидин, ентеротоксин і коагулаза.
До складу мікроорганізмів входять білки, полісахариди, сполуки білків з полісахаридами і ліпідами, нуклеїнові кислоти. Складністю хімічної будови бактерій зумовлена їх мозаїчність в антигенному відношенні. У бактерійній клітині знаходяться різноманітні антигени і гаптени.
В клітинах сальмонел розрізняють: соматичний – О-, джгутиковий – Н- і капсульний К-антигени, кожен з яких стимулює синтез специфічних антитіл.
Знання антигенної будови бактерій необхідне для серологічної ідентифікації мікробної культури, одержання вакцинних препаратів, діагностичних і лікувально-профілактичних сироваток.
Антигени вірусів. Кожен вірус є складною сукупністю антигенів. Ступінь цієї складності визначається кількістю вірусоспецифічних білків. Особливою властивістю вірусів, як антигенів, є здатність до реплікації, д’якуючи якій збільшується період впливу антигена на імунну систему. Більшість вірусних антигенів виявились тимусзалежними. Високими імуногенними властивостями володіють пептиди вірусних глікопротеїдів, які містять гідрофільні групи (гемаглютинін вірусу грипу, поверхневий антиген вірусу гепатиту В, антигени вірусів сказу, ящуру).
Знання антигенної будови бактерійних клітин необхідне для серологічної ідентифікації мікробної культури, одержання вакцинних препаратів, діагностичних і лікувально-профілактичних сироваток.
Перехресні антигени савців і мікроорганізмів. Виявлено загальні антигени у стрептококів і клітин ендокарду, клапанів серця і нирок. Коклюшні бактерії мають спільні антигени з нервовою тканиною кролика, ряд штамів кишкової палички – з ізоантигенами А і В еритроцитів людини. З еритроцитарними антигенами мають спільні антигени і холерний вібріон, і збудник чуми, бактерії тифо-паратифозної групи, вірус віспи.
Перехресні антигени мікробів і вірусів можуть стимулювати в організмі синтез антитіл (аутоантитіл), які пошкоджують відповідні тканини організму. Такі патогенетичні механізми досить чітко проглядаються при ревматизмі, виразковому коліті, деяких ускладненнях після вакцинації.
4. Структура і функція головного комплексу гістосумісності
Головний комплекс гістосумісності (ГКГ) – це система генів, яка контролює синтез антигенів, що визначають несумісність тканин при пересадках та індукують реакції відторгнення трансплантантів. Проте, ці антигени виконують в організмі і інші біологічно важливі функції. Вони є маркерами диференціації Т-лімфоцитів, вони містяться на клітинах-мішенях цитотоксичних Т-лімфоцитів, розміщуючись на В-клітинах і макрофагах, обумовлюють їх взаємодію з Т-хелперами. Продукти ГКГ виконують функцію резервної генетичної інформації для відтворення різноманіття, утворення С3-конвертаз, беруть участь у різноманітних імунологічних процесах.
Поверхневі структури цитомембран клітин, які індукують реакції відторгнення трансплантанта, одержали назву антигенів гістосумісності, а гени, які їх кодують – генів гістосумісності – Н-генів (histocompatibility).
Ці гени є сильними і кодують антигени, що викликають гострі реакції відторгнення.
Головний комплекс гістосумісності досить різноманітна і складна система, сформована з великої кількості генів і розміщується в невеликому сегменті на шостій парі хромосом і складається з багатьох локусів.
Розрізняють три основні класи ГКГ. У межах кожного класу функціонують певні гени, продуктами яких є різноманітні лейкоцитарні антигени (HLA – human leucocyte antigen), білки тощо.
КЛАС ГКГ |
II |
III |
І
|
|||||||||||
ГЕНИ |
DP |
DS |
DQ |
DR |
C2 |
FB |
C4 |
HSP70 |
B |
C |
E |
A |
G |
F |
ПРОДУКТИ ГЕНІВ |
HLA-DP |
HLA-DS |
HLA-DQ |
HLA-DR |
C2 |
FB |
C4
|
Білки теплового шоку |
HLA-B |
HLA-C |
HLA-E |
HLA-A |
HLA-G |
HLA-F |
Молекули – продукти ГКГ І класу – це трансмембранні пептиди і складаються з важкого поліпептидного ланцюга, який ковалентно зв’язаний з легкими b2 – мікроглобуліном. Велика частина важкого ланцюга утворює три домени (a1, a2, a3), що виступають над поверхнею клітини. Молекули ГКГ ІІ класу – це трансмембранні гетеродимери, які складаються з двох поліпептидних ланцюгів a і b і формують два домени.
Антигени першого класу розміщені практично на всіх клітинах організму. Антигени другого класу розміщені на В-лімфоцитах, макрофагах, входять до складу рецепторів Т-хелперів і супресорів, беруть участь в імунній відповіді, клітинному розпізнаванні і взаємодії клітин імунної системи.
Існує багато алелів кожного з локусів: HLA-AI…A23, HLB-BI…B31, HLA-Cw1…Cwв і т.ін. Гени локусів А, В, С, Е, G, F кодують антигени,які визначаються у серологічних реакціях, а гени локусів D кодують антигени, які визначаються як в серологічних реакціях, так і в реакціях клітинного імунітету.
Гени третього класу кодують компоненти комплементу і білки теплового шоку. Останні виконують захисну роль при клітинному стресі (підвищення температури, зміна РН, осмотичного тиску тощо).
Таким чином, ГКГ є основною генетичною системою, що обумовлює функціювання імунної системи і, в першу чергу, Т-системи імунітету. ГКГ кодує здатність розпізнавати “своє” і “чуже”, здатність синтезувати антитіла, відторгати чужерідні клітини. Він визначає схильність до захворювань людей похилого віку (злоякісні пухлини, діабет, амілоїдоз, серцево-судинні захворювання). Всі ці хвороби постійно супроводжуються недостатністю Т-системи імунітету.
Гаплотип антигенів гістосумісності успадковується повністю, тому кожна половина антигенів дитини ідентична з гаплотипом одного з батьків. Даний індивід може мати максимально 8 антигенів системи HLA, з яких 6 визначається серологічними методами, а 2 – з допомогою лімфоцитів.
Серед народів різних рас є відмінності в частоті антигенів HLA. Серед монголоїдної раси частіше зустрічаються антигени HLA (A9, A11, B5), у африканців – HLA – (A23, A 30, B 17 ).
HLA – антигени продукти локусів першого класу – розміщені на всіх клітинах і тканинах. Проте найбільша кількість їх знаходиться в лімфоїдних органах і в крові. Значно менше їх в легенях, нирках, ще менше в м’язах і мозку. Ці антигени розчинні і містяться в молоці, сироватці крові. Від набору лейкоцитарних елементів залежить антигенна мозаїка організму, фактично залежить “я” кожного індивіда. Вважається, що антигени першого класу обумовлюють взаємодію між будь-якими клітинами організму, а антигени другого класу забезпечують взаємодію між клітинами імунної системи.
Основне значення антигенів (білків) ГКГ полягає в спрямуванні реакції Т-клітин на антигени. Це явище називається ГКГ обмеженням. Яка користь для організму в ГКГ-обмеженні? Активність цитотоксичних Т-лімфоцитів спрямована на клітини власного організму, уражені вірусами, а не конкретно на віруси чи бактерії.
Із набором антигенів HLA асоційовано ряд захворювань. Антиген В-27 зустрічається у 96% хворих хронічним анкілозуючим спондилоартритом, у 80% хворих хворобою Рейтера. HLA-8 зустрічається у 80% хворих хворобою Адісона, 60% – ювенільним діабетом. За наявністю тих чи інших лейкоцитарних антигенів можна прогнозувати результати певних захворювань.
Антитіла (імуноглобуліни). Характеристика основних класів імуноглобулінів
Імунна система організму безумовно необхідна для його виживання, без неї смерть від будь-якої інфекції була á практично неминучою. Але якщо навіть не приймати до уваги цієї життєво важливої функції, імунна система викликає подив, як приклад винахідливості природи.
Елементи цієї системи – клітини і молекули постійно і пильно оберігають від інфекцій організм. Вони пізнають майже нескінченну кількість різноманітних чужерідних клітин і речовин, відрізняючи їх від клітин і речовин власного організму. Коли збудник попадає в організм, вони виявляють його і мобілізують захисні механізми для його знищення. Вони “пам’ятають“ кожного збудника, так що при повторному зараженні організму тим самим мікробом він захищається більш ефективно, ніж у перший раз. Крім цього, все це робиться в рамках дуже скромного “оборонного бюджету”- використовується тільки невелика частина геному і ресурсів організму.
Найбільш критичний момент у процесі імунної відповіді – це пізнання, виявлення хімічного маркеру, який властивий “чужому” агенту на відміну від “свого”. Це завдання покладено на особливі білки, які відрізняються дивовижною різноманітністю молекулярної структури. Ці розпізнавальні білки імунної системи існують в мільйонах, можливо, міліардах різних форм. “Індивідуальність” кожної такої молекули дозволяє їй знаходити специфічні чужерідні маркери, мішені.
Найбільш відомими розпізнаючими білками є антитіла або імуноглобуліни (Ig). Існує п’ять класів імуноглобулінів людини – G, M, A, E, D. Молекули кожного класу складаються з важких і легких поліпептидних ланцюгів.
Легкі поліпептидні ланцюги (L) бувають двох видів або , або і одинакові для всіх класів імуноглобулінів. Важкі ланцюги (Н) у кожного класó різні, і якраз від будови, назви важкого ланцюга і походить назва класу імуноглобулінів.
Важкі ланцюги |
Клас імуноглобулінів |
g |
Ig G |
m |
Ig M |
a |
Ig A |
e |
Ig E |
d |
Ig D |
Причому, в імуноглобуліні в залежності від класу є одна або більше пар важких і легких поліпептидних ланцюгів, зв’язаних між собою дисульфітними зв’язками. У кожного імуноглобуліну є тільки один тип легких ланцюгів або l, або k. Таким чином, структурні формули кожного класу імуноглобуліни можна записати таким чином: Ig G – g2l2,,g2k2 , Ig M – (m2l2)5, (m2k2)5, Ig A – (a2l2)n , (a2k2)n, IgD – d2l2, d2k2 ,Ig E – e2l2, e2k2. У кожному класі імуноглобулінів розрізняють постійні ділянки – С(С – сonstat – постійний) і змінні V(variabile – /ріабельний, змінний), які залежать від виду детермінантної групи антигену. Давайте на прикладі Ig G більш детально розглянемо будову імуноглобуліну.
Постійні ділянки поліпептидних ланцюгів спільні для одного класу антитіл, зумовлюють загальні властивості: здатність зв’язувати комплемент, фіксуватись на клітинних рецепторах, проходити через плаценту.
Молекули імуноглобулінів складаþться з компактних тісно скручених ділянок поліпептидних ланцюгів – доменів (глобул), які мають від 100 до 120 амінокислотних залишків. Між доменами одного ланцюга і доменами двох ланцюгів, які розміщені поряд, існує взаємодія. Як видно з малюнку IgG по довжині має 5 доменів.
Кожен з доменів виконує певну біологічну функцію, що видно з малюнку. Vl , VH – зв’язує антиген, тут розміщений активний центр антитіла, СН2 – фіксує С1q, СН3 – забезпечує фіксацію на В-лімфоцитах, макрофагах, К-клітинах.
Специфічність антитіла обумовлена відповідністю конфігурації активного центру детермінантній групі антигена, що в свою чергу пов’язано з певною послідовністю амінокислот у варіабельних ділянках важких і легких ланцюгів.
Активний центр – це щілина між варіабельними ділянками важкого і легкого ланцюгів імуноглобуліну. Функціонально він автономний, тому що здатний зв’язувати антигенну детермінанту в ізольованому вигляді.
В зв’язку з тим, що багато антигенних детермінант дуже подібні між собою за конфігурацією, один і той же активний центр може з’єднуватися з декількома детермінантами, які дещо собою різняться. Доказом цього може бути той факт, що до однієї й тієї ж самої антигенної детермінанти постійно виявляють багато різновидностей антитіл. Імунні сироватки можуть містити у своєму складі декілька антитіл різної специфічності, хоча відомо, що існують високоспецифічні антитіла, які здатні розрізняти тільки конкретну антигенну детермінанту.
В університеті ім. Тафта в домені СН2 Ig G виділено тетрапептид (289-292), який одержав назву тафтсин. Він має широкі біологічні властивості: стимулює фагоцитарну активність лейкоцитів, цитотоксичну дію Т-лімфоцитів і інш. У складі СН3 (341-344) виявлено пептид, який одержав назву ригін і має властивості, подібні до тафтсину.
Поряд з активними центрами цілої молекули вивчені такі структурні ділянки, які відкриваються і починають проявляти свою активність лише після розщеплення антитіла (імуноглобуліну). Якщо подіяти на імуноглобулін папаїном, то він розділяється на три частини: на два антигензв‘язуючі фрагменти –Fab(fragment antigen binding) і один – здатний до кристалізації – Fc – фрагмент (fragment cristalisatione).
Fab– фрагменти – це реально існуючі компоненти біологічного середовища в нормі і патології. Вони несуть на собі спеціалізовані структури, що виступають в ролі аутоантигенів і стимулюють синтез постійно циркулюючих антитіл – гомореактантів або аглютинаторів.
Fс – фрагмент імуноглобуліну також являється імунорегуляторним фактором. Це чітко підтверджено відносно його дрібних пептидів, що утворюються після їх відщеплення протеазами.
Кінцевий пептид домена CH3 ( 23 амінокислотних залишки ) здатний активувати В-лімфоцити, підміняючи в цьому відношенн³ активність Т-хелперів.
Імуноглобуліни мають виражені антигенні властивості. Розрізняють 3 види антигенів: ізотипові, алотипові, ідіотипові. Ізотипові антигени – ідентичні для всіх осіб даного виду. Алотипові антигени – внутрішньовидові – вони є у одних осіб даного виду і відсутні у інших. Ідіотипові детермінанти – властиві тільки антитілам, які синтезуються конкретним клоном плазматичної клітини.
Характеристика імуноглобулінів різних класів.
Клас імуноглобуліну, який синтезується на певний антиген залежить від носія, а не від гаптену (детермінантної групи).
Імуноглобуліни класу G. Після синтезу IgM настає більш високий етап імунної відповіді – утворення IgG. Цей клас імуноглобулінів продовжує синтезуватись протягом тривалого часу після попадання антигену і зв’язує не тільки корпускулярні антигени, але й розчинні, дрібні субстанції. Імунологічна пам’ять відносно цих антитіл зберігається довго, і у випадку необхідності організм може протягом короткого часу різко збільшуваòи кількість антитіл цього класу. IgG – основний клас імуноглобулінів, який складає 70 % всіх імуноглобулінів. У значній мірі він виділяється у відповідь на повторне попадання антигену в організм. В процесі імунної відповіді відбувається переключення синтезу IgM на IgG. IgG порівняно термостабільні (витримують нагрівання при 75 С 30 хв). При такій експозиції IgM швидко руйнуються. Період піврозпаду IgG – 23 доби.
IgG нейтралізують віруси, токсини, опсонізуюче діють на бактерії, зв’язують комплемент. Їх активність по відношенню до токсинів у сотні раз вища ніж у IgM. IgG – єдиний імуноглобулін, який проходить через плаценту і захищає в перший час після народження дитину від збудників дифтерії, правця, коклюшу, кору та інш. За структурою важких ланцюгів серед IgG розрізняють чотири підкласи: IgG1, IgG2, IgG3, IgG4.
Імуноглобуліни класу М. Імунна відповідь організму розпочинається із синтезу IgM. Вони синтезуються швидко, але імунологічна пам’ять у клітин, які їх синтезують або відсутня, або зберігається короткотривало. Період піврозпаду цього імуноглобуліну- 5 діб. Він містить додатковий ланцюг J, який об’єднує 5 мономерів в одну структуру. IgM має 10 активних центрів і додатковий домен СH4, який активно фіксує комплемент. Основним джерелом IgM являється селезінка. IgM знаходиться в крові і секретах, чим в основному обумовлені бактерицидні властивості цих речовин. У жінок вміст IgM в сироватці значно більший ніж у чоловіків, тому і бактерицидні властивості сироватки крові жінок значно вищі. IgM має виражені гемолітичні властивості, що обумовлено зв’язуванням значної кількості комплементу. Імунітет проти збудників кишечних інфекцій, в основному, пов’язаний з цим класом імуноглобулінів, але вони не проходять через плаценту. Тому від матері новонароджені не одержують ці антитіла, і від кишечних інфекцій вони беззахисні. В той же час нестача IgM компенсується за рахунок поступлення в організм дитини IgM i IgA з молоком матері, ось чому так важливо годувати дитину материнським молоком.
IgM являються так звані холодові аглютиніни, які спостерігаються в сироватці хворих холодовою алергією. Вони склеюють еритроцити при 4C. Це антитіла (аутоантитіла) до Fc фрагменту IgG. Їх находять серед всіх класів імуноглобулінів (крім IgD), але найбільш часто серед IgM.
Імуноглобуліни класу А. За будовою виділяють сироваткові та секреторні IgА. Сироваткові IgA можуть мати структуру мономеру (80 % ), димеру- або полімеру. В останніх двох є ще додатковий ланцюг J , який об’єднує ці мономери. Сироваткові імуноглобуліни А складають 10-20 % всіх імуноглобулінів сироватки.
Секреторні імуноглобуліни найчастіше бувають у вигляді димеру, до якого приєднується секреторний компонент (SP-фрагмент), який захищає IgA від руйнування протеазами. Секреторний імуноглобулін становить біля 1 % всього сироваткового IgA і складає основну частину імуноглобулінів, що виділяються на слизових оболонках. Значна кількість його міститься в слині, кишковому соці, молоці та інших секретах. Сироватковий мономерний IgA синтезують плазмоцити кісткового мозку, лімфатичних вузлів і селезінки, секреторний (S IgA) – плазмоцити лімфоїдної тканини слизових оболонок кишечника, верхніх дихальних шляхів, сечостатевої системи. Секреторний Ig A має виражені бактерицидні властивості. Він у декілька разів більш активний по відношенню до грамнегативної флори, ніж IgM і в десятки разів в порівнянні із IgG.
Тому для максимального ефекту імунізації антигенами вірусів поліомієліту, грипу, парагрипу їх необхідно вводити на поверхню слизових кишечника, чи відповідно верхніх дихальних шляхів.
Імуноглобуліни класу Е. Ці імуноглобуліни одержали назву реагінів і відіграють основну патогенетичну роль в алергічних реакціях негайного типу. Ig E синтезуються у шкірі, лімфоїдній тканині дихальних шляхів і кишечника. За своєю структурою вони дещо відрізняються від IgG. В IgE на один домен більше (СН4). Ця властивість обумовлює особливості біологічної функції IgE – здатність адсорбуватись на базофілах і тучних клітинах при допомозі цього додаткового домену Fc – фрагменту. Кількість Ig E у здорових людей –
Імуноглобуліни класу D. Будова цього класу імуноглобулінів подібна до IgG. Проте вони не здатні фіксувати комплемент. Порівняно більша кількість IgD перебуває в судинах, ніж за їх межами. У сироватці крові його кількість становить 0,01-
IМУНО- ГЛОБУЛІН |
ОСНОВНІ ФУНКЦІЇ |
IgG |
Основні антитіла при вторинній імунній відповіді. Опсонізуючи бактерії, сприяють активізації фагоцитозу. Фіксують комплемент, сприяючи лізису бактерій. Нейтралізують бактерійні токсини і віруси. Проходять через плаценту. |
IgA |
Секреторні IgA попереджують адгезію бактерій і вірусів на слизових оболонках. Не фіксують комплемент. |
IgM |
Першими синтезуються при попаданні антигена. Фіксують комплемент.Не проходять через плаценту. Антигенні рецептори на поверхні В-лімфоцитів. |
IgD |
Не вияснена. Знаходяться на поверхні В-лімфоцитів, як і в сироватці. |
IgE |
Реалізують гіперчутливість негайного типу шляхом виділенням тучними клітинами і базофілами медіаторів після приєднання антигена. Основний захист від глистної інвазії шляхом виділення ензимів з еозинофілів. Не фіксують комплемент. |
Динаміка утворення антитіл.
Кількість і швидкість утворення антитіл на кожен антиген генетично детермінована. Кожному виду тварин характерна своя динаміка синтезу антитіл. Вона також залежить від дози антигену, шляхів його проникнення в організм. Перший контакт з антигеном зумовлює первинну імунну відповідь, при якій розрізняють чотири фази синтезу антитіл:
Індукції (лаг-фаза) – триває від моменту проникнення антигену в організм до початку зростання кількості антитіл (24-96 годин).
Логарифмічного збільшення титру антитіл – продовжується 2-7 днів.
Максимальної концентрації антитіл.
Зменшення продукції антитіл – декілька тижнів, місяців і навіть років (жовта гарячка – 60 років, кір – 8 років).
Повторна імунізація через декілька тижнів або місяців приводить до інтенсифікації імунної відповіді. Латентний період наростання титру антитіл різко скорочується. Титри сягають значних величин і зберігаються на високому рівні тривалий час. При цьому тривалість кожної фази реакції інша. Спостерігається значне скорочення фази індукції. Потім наступає раптове збільшення антитіл у сироватці (одночасно з’являються IgG і IgM), які знаходяться там триваліший період, ніж при первинній імунній відповіді (рис. 5).
Повторні введення антигену з інтервалом у 2-3- дні протягом 2-3 тижнів приводять до гіперімунізації і сприяють значному підвищенню титрів антитіл, що використовується при одержанні відповідних імунних сироваток. Значно підвищують інтенсивність імунної відповіді різноманітні підсилювачі, так звані ад’юванти. Ад’ювантами можуть бути мікобактерії, хімічні сполуки (фосфат алюмінію, гідроксид капьцію, гідроксид алюмінію), олії та інш.
Теорії синтезу антитіл.
Протягом всього періоду розвитку і становлення імунології як науки виникали оригінальні теорії синтезу антитіл, які намагались пояснити, яким чином в організмі з’являється така надзвичайна їх кількість. Найбільшого поширення набули інструктивні та селекційні теорії.
Інструктивні теорії пояснювали, що антиген виконує роль інструктора, матриці, а відповідні відбитки – комплементарні матриці, що продукуються клітиною – це антитіла.
Селекційні теорії передбачали, що антиген відбирає готові антитіла із присутніх в організмі специфічні йому, і цей комплекс стимулює імунокомпетентні клітини, які починають виробляти значну кількість такої специфічності антитіл. Однак лише клонально-селекційна теорія Бернета зуміла в значній мірі пояснити цей процес і дати, в основному, чіткі відповіді на поставлені питання. Про що йде мова в цій теорії?
Лімфоїдна тканина організму містить велику кількість імунокомпетентних клітин.
Популяція лімфоїдних клітин гетерогенна і складається з великої кількості клонів, що виникають в результаті мутацій. Це значить, що в організмі існують окремі клони лімфоцитів, що мають на своїй поверхні імуноглобулінові рецептори, які можуть реагувати з певними специфічними антигенними детермінантами. Постійні мутації лімфоїдних клітин забезпечують, таким чином, достатню кількість клонів клітин, специфічних по відношенню до ймовірної кількості антигенних детермінант.
Незначна кількість антигену стимулює специфічний клон лімфоїдних клітин до розмноження і диференціації в плазмоцити, які продукують вже специфічні імуноглобуліни – антитіла.
Велика кількість антигену видаляє відповідний специфічний клон лімфоїдних клітин. Якраз цим пояснюється загибель в ембріональному періоді лімфоїдних клітин, що здатні реагувати на власні антигени. Отже формується природна терпимість (толерантність) до них.
Згідно теорії Бернета імунокомпетентна клітина містить у своєму геномі генетичну інформацію для імунної відповіді на один конкретний антиген. В процесі відповіді ця клітина ділиться, в результаті чого виникає клон, популяція клітин, яка здатна синтезувати тільки специфічні даному антигену антитіла. Друга клітина відповідає на другий антиген, третя – на інший тощо.
Таким чином, набір лімфоцитів у кожної особи запрограмований для імунної відповіді на різноманітні антигени, що появляються в середовищі. Частина клонів виникає ще в ембріональному періоді, а інші – в процесі життя людини. Клони виникають як внаслідок експресії (прояву) різноманітних генів, що містяться в геномі, так і як результат соматичних мутацій.
Гібридоми і моноклональні антитіла. Сфера застосування.
Гібридоми- клітини, одержані в результаті злиття лімфоцитів від імунізованої певним антигеном миші з гістогенетично близькою пухлиною (міеломою) Ці клітини здатні нескінченно ділитись і продукувати специфічні антитіла. Антитіла, що синтезуються одним клоном гібридних клітин, одержали назву моноклональних. Вперше здійснили цей процес Г. Келлер і Ц. Мільштейн у 1975 році. До момента одержання гібридом в імунології не було препаратів специфічних антитіл такої чистоти.
Гібридоми- не тільки «фабрики» антитіл іn vitro, вони- новий штучно створений об’єкт, на якому стало можливим проводити різноманітні дослідницькі роботи, що недавно вважались фантастикою. Клонова гібридома- це самовідтворююче джерело генетично ідентичного матеріалу, яке дозволило виділяти й клонувати гени антигенспецифічних антитіл.
Етапи одержання гібридоми:
1. Імунізація мишей антигеном, проти якого потрібно одержати антитіла.
2. Виділення клітин селезінки імунізованих тварин.
3. Одержання клітин мієломи у мишей, поражених цією пухлиною.
4. Злиття клітин селезінки з клітинами мієломи.
Для злиття (гібридизації) двох клітин використовують три методи: біологічний (з допомогою вірусів типу вірусу Сендай), хімічний (з допомогою речовин типу лізолецитину або поліетиленгліколю) і фізичний (з допомогою електричного поля).
5. Тестування необхідних клітин і їх клонування .
6. Культивування гібридом в організмі тварин або в культуральних середовищах.
7. Очистка гібридомних антитіл.
Моноклональні антитіла, як правило, важче візуалізуються при зв’язуванні з антигеном. Дуже рідко моноклональні антитіла здатні викликати преципітацію або аглютинацію антигена. Це пояснюється тим, що вони спрямовані проти єдиної антигенної детермінанти, яка може бути представлена на клітині чи молекулі в невеликій кількості повторів.
Генно-інженерні моноклональні антитіла- це більш високий стан гібридомної техніки, при якому в пухлинну клітину вводиться чистий екзогенний ген, сконструйований за певною потребою. Природна властивість антитілосинтезуючих клітин мати при складанні молекули вільну комбінацію поліпептидних ланцюгів, синтезованих на різних хромосомах, може бути використана для одержання такої молекули антитіла, яка складається з двох половин від різних антитіл з активними центрами для різних антигенів. Таким чином одержують біспецифічні антитіла, що мають два різних активних центри. Ц. Мільштейн разом з А. Куелло одержували такі біспецифічні антитіла, створивши гібрид з двох різних гібридом. Цей гібрид вони назвали квадромою.
Комбіновані препарати із декількох моноклональних антитіл можна одержати і хімічним шляхом.
Третій варіант антитіл (крім правильних природніх і вищезгаданих комбінованих вздовж і поперек), які можна одержувати з гібридом, це мутантні антитіла. В гібридомах з великою вірогідністю реалізується можливість різноманітності антитіл за рахунок соматичних мутацій. Такі клітини, знаходячись поза організмом, не зазнають негативного впливу імунологічного нагляду і живуть практично безкінечно довго.
Гібридоми являються чудовим об’єктом для вивчення молекулярної генетики, структури і функцій імуноглобулінів, разом з моноклональними антитілами вони є моделлю для дослідження механізмів імуногенезу.
Сфера застосування моноклональних антитіл.
1. Ідентифікація і очистка молекул і клітин, які несуть специфічний антиген.
2. Діагностика в наступних методичних варіантах: імуноаналіз біологічних рідин і клітин організму типу РІА, ІРМА, ІФА, імунофлюоресценції, мікроцитофлюорометрії, мікроскопії, імунодифузії, імуноелектрофорезу, імуноблотінгу та інш . Випускається декілька сотень комерційних діагностикумів на основі моноклональних антитіл для імуногістохімії, імуносканування, типування груп крові і тканин.
3. Лікування: екстракорпоральна обробка тканин ( частіше кісткового мозку при трансплантаціях ); введення вільних антитіл in vitro або in vitro антитіл, зв’ язаних з лікарськими речовинами ( імунотоксин ).
4. Дослідження етіології й патогенезу різних захворювань.
Моноклональні антитіла широко вокористовуються для індикації мікроорганізмів. Широкі панелі моноклональних антитіл одержані проти: вірусу японського енцефаліту, парвовірусів, різних антигенів вірусу грипу (нейрамінідази, гемаглютиніна, нуклеопротеїду, матриксного білка), вірусу жовтої гарячки, цитомегаловіруса, малярійного плазмодія, грибків кандіда, холерного токсину, капсульного антигена збудника чуми і багато інших.
Показана в багатьох роботах доцільність одержання імунологічних реагентів проти загальних для великих таксономічних груп антигенів. Наприклад, при імунізації непатогенними штамами E. coli одержано антитіла до детермінанти із 1-5 ділянки молекули ліпополісахариду. Виявилось, що ці антитіла захищали мишей від летальних інфекцій таких мікробів як патогенна E.coli, S. typhi, K. pneumonia, P. aeruginosa, N. meningitidis, H. influencae. З цього прикладу видно, що багато збудників мають спільні антигенні ділянки, що заважає точній діагностиці, в той же час воно допомагає створити протективний імунопрепарат проти патогенних збудників, використовуючи для імунізації непатогенні штами мікробів.
Описані протективні моноклональні антитіла до антигенів вірусу жовтої гарячки, вірусу простого герпеса, поверхневих антигенів вірусу гепатита В.
Одержані людські гібридомні антитіла до правцевого і ботулінового токсинів.
У протиінфекційному імунітеті мають значення не тільки антитіла проти мікробних антигенів, але й антитіла до тих структур на поверхні клітини, через які мікроби проникають всередину: вірус СНІДу через молекулу СD 4 на Т-лімфоцитах, вірус Епштейна Барр- С3q, реовірус міокарду – ?– адренергічні рецептори на клітинах міокарду, вірус сказу- рецептори для ацетилхоліну, тощо.
На великій групі риновірусів людини встановлено, що більшість з них має загальний рецептор на клітинах мішенях. За цієї причини одне людське моноклональне антитіло до цього рецептора виявилось здатним блокувати зв’язування з клітинами 78 із 88 серотипів досліджуваних риновірусів.
Моноклональні антитіла широко використовуються в клініці для діагностики і терапії.
Застосування в онкології. Діагностика онкологічних захворювань методами імуноаналізів проб сироваток та інших біологічних рідин можлива в тих випадках, коли специфічні пухлинні антигени відокремлюються від клітин і попадають в кров. Одержано моноклональні антитіла, що дозволяють виявляти специфічний клітинний компонент дрібноклітинного раку легень, гастроінтестінального раку, меланоми, раку передміхурової залози і інш.
Існує цікавий приклад виявлення з допомогою моноклональних антитіл незвичайного антигена, названого “В5“ на еритроцитах хворих різними пухлинами. Після радикального хірургічного втручання він зникав з еритроцитів, хоч до операції його знаходили у 85 % хворих. Моноклональні антитіла використовують для імунологічної діагностики раку молочної залози, гастроінтестінального і колоректального раків, меланом, нейробластом тощо, а також для радіомунолокалізації пухлин і метастазів (радіоімуносканування).
Моноклональні антитіла застосовують для знищення в крові , у кістковому мозку лейкозних клітин. Для цього антитіла кон’югуютть з клітинними токсинами, одержуючи імунотоксини.
Моноклональні антитіла використовують для нейтралізації отрут і бактеріальних токсинів при важких отруєннях і інфекціях, для імуносупресії при трансплантації органів, для протипухлинної терапії.
Моноклональні антитіла знайшли застосування в гематології та кардіології. В лабораторіях є антитіла для типування практично всіх групоспецифічних антигенів еритроцитів людини: системи АВО, резус, Н, Левіс, N, Р і інш. Одержано антитіла й до компонентів плазми, до факторів згортання крові: VIII, С, ІХ, Х, фібрину, фібриногену і інш.
Моноклональні антитіла проти певних медикаментів застосовують для лікування ефекту передозування.
Використовують моноклональні антитіла в ендокринології (кількісна оцінка гормонів в біологічних рідинах), в акушерстві й гінекології для ранньої діагностики вагітності, диференціальної діагностики гіпо- і гіперпластичних, а також неопластичних змін в ендометрії, тощо.
Створено панелі моноклональних антитіл для визначення класів і субкласів імуноглобулінів людини і, практично, всіх субпопуляцій імуноцитів.
1. Центральні й периферичні органи імунітету
В даний час імунна система розглядається як система контролю, що забезпечує індивідуальність і цілісність організму. Імунна система здатна відрізнити власні структури організму від генетично чужорідних, а також переробляти і елімінувати останні.
Імунна система – це сукупність всіх лімфоїдних органів і скупчень лімфоїдних клітин, включаючи вилочкову залозу, селезінку, лімфатичні вузли, групові лімфатичні фолікули (пейерові бляшки) та інші лімфоїдні скупчення, лімфоцити кісткового мозку і периферичної крові, які складають єдиний орган імунітету (рис. 1).
Останнім часом виділяють ще дві тканинні імунні системи – імунну систему шкіри та імунну систему слизових оболонок.
Розрізняють центральні і периферичні органи імунітету. В центральних органах, які ще називаються органами лімфопоеза, дозрівання лімфоцитів відбувається без суттєвого впливу антигенів. Розвиток периферичних органів (органів імунопоеза), навпаки, безпосередньо залежить від антигену. Лише при контакті з антигеном у них починаються процеси проліфераціі і диференціації.
Центральним органом імунної системи є вилочкова залоза і сумка (бурса) Фабріціуса у птахів. У савців роль сумки Фабріціуса виконує кістковий мозок, який є постачальником стовбурових клітин – попередників лімфоцитів. Обидва центральних органи є місцем диференціації певних популяцій лімфоцитів. Вилочкова залоза – джерело тимусзалежних або Т-лімфоцитів (від тимус), а в бурсі Фабріціуса (кістковому мозку) утворюються В-лімфоцити (від бурса).
Периферичними лімфоїдними органами є селезінка, лімфатичні вузли, мигдалики, лімфоїдна тканина кишечника, бронхів. На момент народження вони ще практично несформовані, тому що контакту з антигеном ще не мали. Лімфопоез здійснюється в них лише при антигенній стимуляціі. Периферичні лімфоїдні органи заселяються Т- і В-лімфоцитами із центральних органів. При цьому кожна популяція лімфоцитів мігрує в певні ділянки периферичних органів, які називаються тимусзалежними і тимуснезалежними зонами. Більшість лімфоцитів периферичних органів не залишаються в них постійно, а через деякий час, найчастіше після контакту з антигеном, включаються в рециркуляцію. За винятком тільки деяких випадків (наприклад, передня камера ока), лімфоцити практично досягають всіх систем і органів, так що жодний антиген не залишається непоміченим.
Центральною фігурою імунної системи є лімфоцит. Лімфоцити – це спеціалізовані клітини, які здатні реагувати ( відповідати ) лише на окрему групу структурно подібних антигенів. Ця здатність існує ще до першого контакту імунної системи з даним антигеном і обумовлена наявністю мембранних рецепторів, специфічних до детермінант цього антигена. Кожен клон лімфоцитів відрізняється від іншого будовою антигензв’язуючої ділянки своїх рецепторів. Таким чином, кожен клон реагує тільки на певні, відповідні йому антигени. Здатність організму відповідати практично на будь-який антиген забезпечується наявністю значної кількості різноманітних груп і клонів лімфоцитів. У результаті лімфоцити складають виключно неоднорідну популяцію клітин. Різноманіття рецепторів лімфоцитів у людини перевищує 109. Лімфоцити відрізняються між собою не тільки за специфічністю своїх рецепторів, але й за функціональними властивостями. За останніми розрізняють два основних класи лімфоцитів: В- лімфоцити і Т- лімфоцити.
2. Характеристика В-лімфоцитів
Першою клітиною, яка започатковує появу В- лімфоцитів, є попередник В- клітини (пре-В-клітина). Найменш зрілі пре-В-клітини не синтезують ані легких, ані важких ланцюгів імуноглобулінів, хоча вони мають антиген спільний із зрілими В- клітинами. Ці великі пре-В-клітини діляться, утворюючи великі пре-В-клітини, що містять в цитоплазмі важкі ланцюги ІgM. Згодом у результаті поділу останніх виникають малі пре-В-клітини. Потім через стадію незрілих малих пре-В-клітин утворюються малі В-клітини, на мембранах яких розміщуються молекули імуноглобулінів. Із кісткового мозку чи ембріональної печінки В-клітини потрапляють у кровообіг і мігрують у селезінку, лімфатичні вузли та інші периферичні лімфоїдні органи.
Найменш зрілі В-клітини мають на своїй поверхні молекули ІgM. В міру дозрівання на їх поверхні з‘являються IgD, рецептори компонентів комплементу, Fc – фрагментів тих імуноглобулінів, які вони продукують.
Всередині кожного клону частина В-клітин переключається із синтезу ІgM (IgD) на синтез IgG, IgA, IgE. В-лімфоцити, в яких змінюється синтез важких ланцюгів, можуть водночас продукувати до трьох класів імуноглобулінів, наприклад: IgM, IgD, IgA.
При такій зміні ізотипів важких ланцюгів експресія генів, які визначають активний центр імуноглобуліну, не змінюється.
На поверхні зрілої В-клітини розміщуються специфічні рецептори для антигену – BcR (B cell receptor). Та ділянка рецептора, яка здатна зв‘язати антиген є молекулою імуноглобуліна. Але до складу рецептора, крім імуноглобуліна, входять ще 4 поліпептидних ланцюги – по 2 з обох сторін від імуноглобуліна. Ці мембранні молекули позначаються Iga та Igb. Їх основне призначення – проведення сигнала всередину клітини про те, що антиген зв‘язався з активним центром імуноглобулінового компонента.
![]() |
У кістковому мозку відбувається лімфопоез значної частини В-лімфоцитів (В-2 субпопуляції). Проте існує ще В-1 субпопуляція, на клітинах якої розміщені молекули CD5 (CD – cluster definition– молекули клітинної мембрани різного призначення). На поверхні цих лімфоцитів відсутні IgD, але є у наявності IgM. Їх лімфопоез відрізняється від лімфопоеза загальновідомих В-2 лімфоцитів і полягає у тому, що попередник CD5 В-лімфоцитів ще в ембріональному періоді залишає кістковий мозок, і його нащадки у дорослих зберігаються у периферичних тканинах, в основному у черевній і плевральній порожнинах. За своєю функцією В-1 лімфоцити теж суттєво відрізняються від В-2 лімфоцитів.
В-1 лімфоцити диференціюються за межами кісткового мозку і здатні виробляти імуноглобуліни без взаємодії з Т-лмфоцитами. У більшості випадків вони продукують лише IgM. Принциповою особливістю цих імуноглобулінів є їх широка перехресна активність, і взаємодіють вони в основному з антигенами бактерій полісахаридного походження.
Активація В-клітин відбувається у дві фази: проліферації і диференціації. В результаті проліферації збільшується кількість клітин, здатних здатні вступати в реакціюреагувати із введеним в організм чужорідним антигеном. Значення проліферації велике, тому що в неімунному організмі дуже мало В-клітин, специфічних для будь-якого антигену.
Таким чином, в результаті проліферації збільшується кількість клітин, які здатні негайно диференцюватись в антитілоутворюючі клітини. При активації частина клону В-лімфоцитів знову перетворюється у малі лімфоцити і не диференцюється у плазматичні клітини. Це відносно тривалоіснуючі клітини, які значно легше активуються при повторній стимуляції, ніж вихідні В-клітини. Тому ці клітини отримали назву В-клітин пам’яті.
В активованих В-лімфоцитів поступово зникають поверхневі імуноглобуліни і замість них клітини починають синтезувати молекули антитіл, що секретуються назовні. Як відомо, плазматичні клітини відрізняються від В-лімфоцитів ексцентрично розміщеним ядром, добре розвинутим апаратом Гольджі. У цих клітин ендоплазматичний ретикулум займає майже всю цитоплазму, що необхідне для активного синтезу і продукції антитіл. Зрілі плазматичні клітини здатні синтезувати декілька тисяч молекул імуноглобулінів протягом секунди. Але така продуктивність поєднується з короткою тривалістю життя (2-3 дні).
Фази проліферації і диференціації В-лімфоцитів перебувають під впливом різноманітних факторів, серед яких найбільше значення мають інтерлейкіни (ІЛ). Більшість вчених вважає, що за активацію В-клітин відповідає ІЛ-4 , за проліферацію – ІЛ-5, диференціацію – ІЛ-6. Хоч на окремих етапах, крім цих трьох інтерлейкінів, можуть брати участь і інші цитокіни. Такі як ІЛ-1, ІЛ-2, інтерферон та інші.
3.Функціональна характеристика Т-лімфоцитів
Частина попередників Т-лімфоцитів із кісткового мозку та ембріональної печінки мігрують у тимус і зазнають серії перетворень у процесі диференціації. Ці попередники ще не мають характерних для Т-лімфоцитів молекул СD4, СD8, і тому їх називають подвійними негативними клітинами. Потім вони розвиваються у подвійні позитивні клітини CD4+CD8+ з наступною диференціацією у CD4+CD8– і CD4–CD8+ дозрілі клітини. У процесі розвитку спостерігається позитивна селекція з виживанням тимоцитів, які взаємодіють з власними антигенами головного комплексу гістосумісності (ГКГ), і негативна селекція з елімінацією тих клітин (аутореактивних) , які реагують із власними антигенними структурами тканин організму.
Друга частина стовбурових клітин – попередників Т – лімфоцитів попадають із кісткового мозку у слизову оболонку кишкового тракту і там диференцюються у Т – лімфоцити. Вони локалізуються у бар‘єрних тканинах, в основному у слизовій кишечника, де і виконують свої функції. Ці клітини за своїми рецепторами відрізняються від тимусної популяції Т–лімфоцитів. Їм властивий рецептор TcRgd (T cell receptor gd).
Лімфоцити – єдині клітини крові, які проходять двохетапну диференціацію. Перший етап – лімфопоез – здійснюється у кістковому мозку і тимусі. Другий етап – імуногенез – продовження диференціації лімфоцита після його контакта з антигеном. Кожен лімфоцит здатний розпізнавати і зв‘язувати тільки свій антиген.
Лімфопоез – антигеннезалежний процес, імунопоез – антигензалежний процес – продовження диференціації. Слід пам‘ятати, що синтез на мембрані антигенрозпізнавального рецептора лімфоцита відбувається під час лімфопоеза, коли ще лімфоцит не зустрічався з антигеном. У результаті лімфопоеза, який триває все життя, здоровий організм формує більше 109 варіантів клонів лімфоцитів. Кожен клон лімфоцитів має на своїй поверхні єдиний варіант антигензв‘язуючого рецептора (кожен лімфоцит існує для одного, свого антигена). Такою властивістю більше не володіють жодні клітини.
Таким чином, в органи лімфопоезу попадають недиференційовані клітини попередники. Із них виникають зрілі неімунні лімфоцити, готові зустріти антиген. Стабільним маркером неімунних Т-лімфоцитів є молекули CD45RA (повна ізоформа мембранного фермента тирозинфосфатази).
У тимусі у попередників Т-лімфоцитів появляються молекули CD4 i CD8 і згодом рецептор TcRab.
Таким чином, Т-лімфоцити можуть мати два молекулярних варіанти рецепторів для антигена – TcRab i TcRgd, і на кожному з них знаходиться лише одна різновидність рецептора: або TcRab, або TcRgd.
Всі Т-лімфоцити з TcRab диференцюються із стовбурової клівтини у тимусі. Більшість лімфоцитів з TcRgd диференцюються поза тимусом, головним чином у слизовій шлунково-кишкового тракту, і там виконують свою функцію. У крові циркулює незначна кількість Тgd-лімфоцитів, але в організмі вони_складають майже половину всіх Т-лімфоцитів і локалізовані у бар‘єрних органах, більшість – у слизовій шлунково-кишкового тракту.
Тимоцити з готовими рецепторами (TcR) взаємодіють з антигенами ГКГ першого або другого класів і проходять процеси позитивної і негативної селекції.
Негативна селекція полягає у загибелі (за механізмом апоптозу) тимоцитів, які не зв‘язали своїм рецептором антигени ГКГ, а також тимоцитів , які досить міцно зв‘язали ці антигени.
Клітини моноцитарно-макрофагального ряду і інші клітини, що складають мікрооточення тимусу (клітини-няньки, епітеліальні і дендритні клітини), беруть безпосередню участь в процесі дозрівання Т-лімфоцитів. Макрофаги, напевне, одна із основних субпопуляцій клітин тимусу, що продукують метаболіти арахідонової кислоти (МАК). Синтез МАК починається на ранніх стадіях онтогенезу і регулюється гормонами тимусу (наприклад, тимуліном). Встановлено, що простагландини (продукти метаболізму арахідонової кислоти) викликають апоптоз тимоцитів (запрограмована загибель клітин) шляхом активації ендонуклеаз і, таким чином, беруть участь в елімінації заборонених клонів лімфоцитів. З іншого боку, МАК, які утворюються під дією ліпоксигеназ (лейкотриєни), пригнічують апоптоз.
Позитивна селекція полягає у вибірковому захисті від апоптозу тимоцитів, які зв‘язали який-небудь пептидний антиген із середньою афінністю. У залежності від того, яка антигенпрезентуюча клітина працює з тимоцитом на даному етапі лімфопоеза, на клітинній мембрані та у геномі тимоцита закріплюється експресія лише однієї із ключевих молекул – або CD4 (яка комплементарно зв‘язується з власними антигенами ГКГ ІІ класу), або CD8 (яка комплементарно зв‘язується з власними антигенами ГКГ І класу).
Відповідно з CD4+ тимоцита у майбутньому у периферичних органах виникне який-небудь із Т хелперів. Із CD8+ тимоцитів утворяться цитотоксичні Т-лімфоцити ефектори. Тільки такі тимоцити у нормі будуть мігрувати з тимусу у периферичні тканини і чекати там зустрічі із своїм антигеном. Після зустрічі з антигеном у периферичних тканинах розпочинається другий етап диференціації Т-лімфоцита – імуногенез.
Серед Т-лімфоцитів розрізняють 8 великих функціонально різних субпопуляцій. Проте всі вони містять на клітинній мембрані молекули CD3, які складаються із трьох поліпептидних ланцюгів (e,g,d). Ці ланцюги закріплюють TcR по боках. З трансмембранною частиною рецептора пов‘язані ще два ланцюги, які занурені всередину клітини й забезпечують передачу сигнала про те, що рецептор зв‘язав антиген. Після чого запускаються відповідні реакції в ядрі і цитоплазмі.
В процесі дозрівання і диференціації появляються різні види Т-лімфоцитів, які відрізняються за функціональним призначенням, антигенною структурою та інш.
Так розрізняють Т-лімфоцити помічники (хелпери), в основному з молекулами CD4+CD8–, лімфоцити із супресорними властвостями, Т-лімфоцити ефектори (кілери) з молекулами CD4–CD8+, Т-контрсупресори.
Якщо молекули CD4 розташовані на Т-лімфоцитах з рецептором TcRab, то ці клітини називаються Т-хелперами (Th). Крім цих лімфоцитів така молекула властива нейронам, макрофагам, еозинофілам. Недавно встановлено, що серед Th з фенотипом CD4+CD8– можна розрізнити декілька субпопуляцій, які у процесі імунної відповіді продукують різні цитокіни Ї позначаються Tho, Th1, Th2, Th3.
Th0 – містять гени, які характерні для всіх інших типів Т-хелперів.
Тh1 – єдині Т-хелпери, які продукують g– інтерферон, інтерлейкін-2 (ІЛ-2), фактор некрозу пухлин, лімфотоксин. Вони стимулюють проліферацію Т- і В-лімфоцитів, сприяють перемиканню синтезу імуноглобулінів у В-лімфоцитах з класу IgM на клас IgG, підсилюють активність макрофагів (g інтерферон). Th1 – основні патогномонічні клітини, що запускають реакції гіперчутливості сповільненого типу (ГСТ). Остання якраз і розвивається у такій послідовності антиген – Th1– g інтерферон – активований макрофаг – макрофаг – запалення.
Th2 – відрізняються від Th1 за тою ознакою, що продукують ІЛ-4, ІЛ-5, ІЛ-10, ІЛ-13. Цими цитокінами обумовлені основні функціональні властивості Th2: ІЛ–4- сприяє переключенню біосинтезу імуноглобулінів у В-лімфоцитах з класу IgM на IgE; ІЛ-5 – сильний активатор для еозинофілів – разом з ІЛ-4 організовує захисну реакцію проти паразитів (гельмінтів, найпростіших).
Th3 – ще нечітко виділена субпопуляція. До неї належать ті Т-хелпери, які у значній кількості секретують ІЛ-4, ІЛ-10, TGFb (трансформуючий фактор росту b). Цей фактор є головним гуморальним чинником супресії імунної відповіді. Клоновані клітини Th3 здатні викликати стан толерантності. Функціональна здатність Th3 відповідає поняттю Т-лімфоцитів супресорів, якими до недавна вважали Т-лімфоцити з фенотипом CD8+. У даний час клітини – супресори перестали сприймати як одну з особливих субпопуляцій Т-лімфоцитів, що розвиваються у процесі лімфопоеза.
Супресія імунної відповіді вцілому – багатофакторне явище. Вона спричинена елімінацією антигена як ініціатора імунної відповіді, апоптозом простимульованих лімфоцитів, антипроліферативною дією трансформуючого фактора росту b, невелику кількість якого виробляють різні лімфоцити і дуже багато Th3. Але оскільки ці ж Th3 виділяють і інші цитокіни (ІЛ-4, ІЛ-10), що не мають імуносупресорного призначення, то виділяти супресорні клітини як окремої субпопуляції є не зовсім доцільним.
Від функціонального стану супресорних клітин залежить розвиток аутоімунних, імунодефіцитних, алергічних станів, пухлинних процесів, вираженість трансплантаційних реакцій, гіперчутливості сповільненого типу, розвиток імунної відповіді на тимусзалежні і тимуснезалежні антигени.
Наприклад, при їх недостатності ефекторні клітини імунної системи (Т-ефектори, В-лімфоцити) одержують необмежену можливість реагувати проти власних клітин і тканин, що обумовлює появу аутоімунних і алергічних реакцій.
У той же час, якщо кількісні і функціональні показники їх надто високі, то створюється благодатний фон для розвитку імунодефіцитних захворювань. Один із гормонів вилочкової залози тимопоетин вибірково стимулює функцію супресорних механізмів, що відіграє певну роль у регуляції цих процесів.
Т-хелпери будь-якої функціональної спеціалізації об‘єднує одна загальна властивість – особливість їх антигензв‘язуючого рецептора TcR. TcRab здатний разом з мембранною молекулою CD4 розпізнавати тільки пептидні антигени і лише тоді, коли вони знаходяться у комплексі з молекулами ГКГ ІІ класу на поверхні клітин власного організма. Сама молекула CD4 реагує з молекулами ГКГ ІІ. Молекули ГКГ ІІ знаходяться на мембрані тільки певних клітин організму – дендритних, В-лімфоцитів, макрофагів, ендотелію судин. Ці клітини мають загальну назву антигенпрезентуючих клітин. Т-хелпер здатний “побачити” своїм рецептором пептидний антиген тільки тоді , коли певна антигенпрезентуюча клітина попередньо поглинула антиген, ферментативно його переробила і зв‘язала із своїми молекулами ГКГ ІІ.
Існує ще одна різновидність Т-клітин – Т-контрсупресори. Ці клітини здатні попереджувати інактивацію Т-хелперів супресорними клітинами.
Наступною дуже важливою групою Т-лімфоцитів є цитотоксичні Т-клітини (Т-ефектори, кілери) з фенотипом CD8+TcRab. Вони здатні розпізнавати чужорідний антиген у комплексі з власними молекулами ГКГ першого класу і знищувати його. Молекула CD8 на клітинній мембрані лейкоцита взаємодіє з молекулами ГКГ І класу, які розміщені на поверхні клітин, що несуть антиген. Таким чином Т-кілери здатні також розпізнавати свій антиген за умови, що він зв‘язаний з ГКГ І класу на клітинах власного організму. Молекули ГКГ І присутні на всіх клітинах організму, тому для Т-ефектора антигенпрезентуючою клітиною може стати будь-яка клітина організму, на якій розмістились білки вірусів, бактерій, найпростіших, що проникли в організм. Т-ефектори після антигенної стимуляції стають зрілими Т-кілерами, які знищують клітини – мішені, що уражені цими паразитами.
Як ми бачимо, Т-лімфоцити з рецептором TcRab i CD4+ i CD8+ здатні взаємодіяти з антигеном тільки тоді, коли його їм піднесли (презентували) інші клітини. Зате вони відзначаються високою специфічністю і реагують тільки із своїм антигеном, не звертаючи уваги на подібні.
Tgd-лімфоцити. Т-лімфоцити з рецептором TcRgd значною мірою відрізняються від тимоцитів з рецептором TcRab за своїми антигенрозпізнавальними властивостями.Tgd лімфоцити потрібні організму на бар‘єрах (вони локалізуються у шкірі і слизових) для швидкого зв‘язування антигенів без попередньої участі у цьому процесі антигенпрезентуючих клітин. Рецептор цього лімфоцита самостійно реагує з антигеном , не вимагаючи контакта з антигенами ГКГ. У той же час специфічність Tgd значно менша ніж у попередніх субпопуляцій. Один і той же лімфоцит може реагувати з досить широким спектром антигенів. Ця фракція Т-лімфоцитів в основному реагує з інфекційними і харчовими антигенами. За попередніми даними серед Тgd можна виділити кілери, Th1,Th2.
Т-лімфоцити CD4–CD8–TcRab. Такі лімфоцити нещодавно відкриті у периферичних тканинах і відрізняються від інших, що здатні реагувати з ліпогліканами і сполуками міколової кислоти, які зв‘язані з молекулою CD1 на поверхні антигенпрезентуючих клітин.
У лімфоїдній системі визначені спеціальні місця, в яких лімфоцити зустрічаються з антигенами. Для екзогенних антигенів, які проникають в організм через покривні бар‘єрні органи, такі місця – регіонарні лімфовузли. Для антигенів, які попадають через кров – це селезінка. Для антигенів, які проникають через бар‘єр шлунково-кишкового тракту – це лімфатичні вузли брижі.
Інтенсивність рециркуляції лімфоцитів через кровяне русло досить значна: через один лімфатичний вузол за одну добу проходить приблизно 25 109 лімфоцитів. Щоб лімфоцит попав у певний лімфоїдний орган або у певну нелімфоїдну тканину, на його клітинній мембрані присутні відповідні молекули (homing-рецептори). Наприклад, homing-рецептор лімфоцитів, необхідний для їх попадання у лімфатичний вузол представлений мембранною молекулою L селектина. У той же час на ендотеліальних клітинах посткапілярних венул того органа, куди повинен попасти цей лімфоцит його чекають теж конкретні молекули, комплементарні до певного homing-рецептора. Ці молекули на ендотелії судин називаються адресинами. Адресин для L селектина є молекула Gly CAM-1 (Glycan–bearing Cell Adhesion Molecule).
Гени, які кодують молекули імуноглобулінів і гени, які кодують молекули TcR, мають одну унікальну властивість якою вони відрізняються від інших клітин. Вони здатні до рекомбінації. На таких перебудованих генах синтезуються лише молекули білків TcR та імуноглобулінів.
У крові людини на долю Т-лімфоцитів припадає біля 75%, 15% складають В-лімфоцити і 10 % нульові (К) клітини.
Нижче подаємо порівняльну характеристику Т- і В-лімфоцитів (табл. 1).
Таблиця 1
Характеристика Т- і В-лімфоцитів
ОЗНАКИ |
Т-КЛІТИНИ |
В-КЛІТИНИ |
Місце утворення |
Тимус |
Кістковий мозок (у людини) |
Густина імуногло-булінових дермінант |
Низька |
Значна |
Рецептори до: Fc-фрагменту IgM Гаптену Носія С3 |
Присутні у супресорів Відсутні Присутні Присутні у кілерів |
Присутні Присутні Відсутні Відсутні |
Шкірні реакції |
Сповільненого типу |
Негайного типу |
Стимуляція тимозином |
Позитивна |
Відсутня |
Утворення лімфокінів |
Значне |
Має місце |
Пригнічуючі фактори |
Тимектомія, АЛС, імуран |
Амінокапронова кислота, пуроміцин |
Основна функція |
Ефекторні клітини в ГСТ, РТПГ, трансп–лантаційний імунітет, хелперна і супресорна функція, продукція лімфокінів |
Попередники антитілопродуцентів |
Прояви при вродженій недостатності |
Синдром Ди-Джорджа, син-дром Луї-Барра |
Агамаглобулінемія |
Дослідження кількості і функціональної активності лімфоцитів.
Велике значення для дослідження стану імунної системи має підрахунок Т- і В-лімфоцитів і визначення їх функціональної здатності. Для підрахунку цих клітин з початку 70-х років вживається метод спонтанного розеткоутворення.
Розеткоутворення – це процес взаємодії лімфоцитів і ксеногенних еритроцитів з утворенням клітинних конгломератів, які складаються з лімфоцита і приєднаних до нього чужорідних еритроцитів. Еритроцити розміщуються навколо лімфоцита, і на вигляд такі конгломерати нагадують розетки. Спонтанне розеткоутворення спостерігається між лімфоцитами і еритроцитами певних видів тварин.
Т-лімфоцити людини, маючи рецептори до баранячих еритроцитів, утворюють з ними розетки. Ось чому метод спонтанного розеткоутворення з еритроцитами барана (метод Е-розеткоутворення – від еритроцити ( Е ) використовується для виявлення Т-клітин людини. Ці лімфоцити позначають як Е-РУК ( Е-розеткоутворюючі клітини ).
В-лімфоцити людини мають на своїй поверхні рецептори до еритроцитів мишей і формують з ними спонтанні розетки. Цей тест можна використати для підрахунку В-лімфоцитів. Проте для виявлення В-лімфоцитів більш широко до цього часу використовуються методи розеткоутворення з урахуванням інших рецепторів, які є специфічними маркерами. Такими маркерами є рецептори до Fc-фрагменту імуноглобуліну і до С3 компонента комплементу.
При зв`язуванні комплекса антиген – антитіло ( еритроцити – антиеритроцитарні антитіла ) з рецептором до Fc фрагменту формуються так звані ЕА-розетки. Коли ж до рецептора С3 приєднується комплекс антиген – антитіло – комплемент ( еритроцити – антиеритроцитарні антитіла – С3 ) утворюються ЕАС-розетки. Відповідно В-лімфоцити часто позначають як ЕА-РУК або ЕАС-РУК.
Для вивчення функціональної здатности лімфоцитів використовується реакція бласттрансформації (РБТЛ). Перехід малих лімфоцитів із стану спокою в бластні форми, які здатні до проліферації і подальшої диференціації, називається бласттрансформацією і супроводжується морфологічними змінами – збільшенням розмірів, кількості мітохондрій, рибосом і ін. Під час трансформації в бласти в лімфоцитах стимулюються біохімічні процеси, що призводить до інтенсифікації синтезу білка, РНК, ДНК, в результаті чого відбувається мітотичний поділ клітин. Одна бластна клітина може дати клон із 32- 64 клітин, які мають ту ж імуноспецифічність, що і вихідна клітина.
Бласттрансформація лімфоцитів може бути викликана як специфічними, так і не специфічними стимуляторами. Речовини, які стимулюють мітоз лімфоцитів (мітогени) різноманітні за походженням і хімічномим складом. Найбільшу їх кількість виявлено серед бактерій. Це окремі компоненти капсульної речовини, джгутиків, клітинної стінки, цитоплазматичної мембрани, рибосом. До мітогенів відносять білок А стафілококу, ліпополісахариди грамнегативних бактерій, туберкулін і т.ін.
Викликати бласттрансформацію лімфоцитів можуть окремі речовини тваринного і рослинного походження (фітогемаглютинін – ФГА, КонА, мітоген лаконосу – РwМ).
Неспецифічні стимулятори залучають у процес бласттрансформації значну частину лімфоцитів незалежно від їх імунологічної специфічності.
Причому одні з них вибірково активують тільки Т-клітини, інші – В – клітини. Найчастіше в клінічній практиці використовують ФГА, КонА, ЛПС, мітоген лаконосу, туберкулін. Такі мітогени, як ФГА, КонА активують тільки Т-клітини; ЛПС – тільки В-клітини.
Специфічними стимуляторами бластогенезу є антигени, які залучають у цей процес і Т-, і В- лімфоцити. Навідміну від неспецифічних стимуляторів антиген здатний активувати тільки ті лімфоцити, які несуть специфічні до нього рецептори. Здатність клітин до бласттрансформації відображає функціональну активність імунокомпетентних клітин.
РБТЛ під впливом антигенів служить критерієм специфічної реактивності Т- і В- лімфоцитів, а під впливом неспецифічних стимуляторів – показником загальної імунологічної реактивності, що характеризує потенційну здатність імунної системи реагувати на антигени.
5. Антигенпрезентуючі клітини
До антигенпрезентуючих клітин належать: дендритні клітини, В-лімфоцити, макрофаги, клітини ендотелію.
Найбільш ефективними серед них є дендритні клітини. Вони – єдині, які здатні подати антиген лімфоцитам у первинній імунній відповіді. Дендритні клітини розвиваються із стовбурової кровотворної клітини і, напевне, вони подають ендогенні пептиди Т-лімфоцитам у тимусі, коли останні диференцюються. Вони першими зв‘язують всі речовини, що проникли через шкіру. Дендритні клітини не фагоцити, але здатні міцно фіксувати антигени на своїй мембрані і частково їх розщеплювати. Навантажені антигеном клітини, маючи значний тропізм до лімфатичних вузлів, транспортують його туди. Там вони презентують антиген для розпізнавання лімфоцитам. На дендритних клітинах за час циркуляції у лімфоїдні органи появляється значна кількість молекул ГКГ ІІ класу.
В-лімфоцити у ролі антигенпрезентуючих клітин характеризуються тим, що здатні зафіксувати своїми імуноглобуліновими рецепторами незначні кількості розчинних антигенів. Ця здатність В-лімфоцитів особливо проявляється при повторному попаданні антигена в організм.
Антигенпрезентуючі функції ендотеліальних клітин мають вирішальне значення у забезпеченні місцевої локалізації процесів імунного запалення у місці проникнення антигена.
Макрофаги. При первинній імунній відповіді макрофаги не подають антиген. Вони здатні виконувати функції антигенпрезентуючих клітин тільки у раніше імунізованому організмі. Для макрофага презентуюча функція другорядна, він виконує значно більш важливу роль. Мононуклеарні фагоцити мають багатогранні функції, які пов‘язані з процесами тканинного метаболізму (тканинна перебудова протягом ембріогенезу, тканинна деструкція і репарація в ході інфекції, а також видалення пошкоджених і відмираючих клітин). Макрофаги здійснюють імунологічну функцію, секретують значну кількість цитокінів. Вони всюдисущі і знаходяться в усіх органах і тканинах. Будучи активно рухомими клітинами, макрофаги мігрують до чужорідних агентів, різних аберантних, старіючих, пошкоджених клітин, взаємодіють з ними і руйнують їх. Вони постійно включаються в контроль метаболізму ліпідів і заліза.
Характерною особливістю макрофагів є наявність у них гранул і лізосом, в яких знаходяться різноманітні ферменти (кислі гідролаза і фосфатаза, різні естерази, катепсини, еластаза, колагеназа, лізоцим) , а також катіонні білки і лактоферин. На їх поверхні виділено більше 50 рецепторів: Fc-рецептори – для IgG i IgE, рецептори комплементу – для C3b, C4b, C3bi, рецептори цитокінів -(для g-інтерферону, інтерлейкінів-1-2-4, фактора некрозу пухлин (ФНП), фактора, що пригнічує міграцію клітин), для фібронектину, рецептори розпізнавання (вуглеводневі компоненти, прості цукри), рецептори гормонів, інтегринові молекули LFA-1, VLA та інші, антигени ГКГ (I і II класів).
Таким чином, макрофагам притаманні такі основні функції:
1. Видаляти і катаболізувати чужорідні агенти – фагоцитоз.
2. Секреторна функція: продукують різні ферменти, компоненти комплементу, біоактивні ліпіди (простагландини, лейкотриєни, фактори хемотаксису), нуклеозиди, ендогенні пірогени, ІЛ-І і інш.
3. Процесинг і презентація антигену.
4. Стимуляція або пригнічення проліферації і диференціації лімфоцитів.
5. Здатність руйнувати клітини–мішені в антитіло залежній клітинній цитотоксичності.
У залежності від своїх функцій макрофаги поділяються на ряд категорій:
1. Резидентні макрофаги – клітини, які постійно присутні у неімунізованих осіб і приймають участь у спонтанній цитотоксичності.
2. Активовані макрофаги – клітини, які стимулюються різними екзогенними факторами. Вони здатні руйнувати і фагоцитувати різні мікроорганізми, мають виражену протипухлинну активність, яка може бути стимульована БЦЖ, ендотоксином, ліпідом А та ін.
3. Озброєні макрофаги – це мононуклеари, які мають рецептори для Fc-фрагмента цитофільних антитіл і, зв’язуючись з ними, специфічно розпізнають і лізують відповідні клітини-мішені, що покриті цими антитілами.
4. Запальні макрофаги – це клітини, активовані стерильними подразниками. Вони менш активні і неспецифічно реагують з пухлинними клітинами.
З усіх своїх функцій в імунній відповіді та взаємодії імунокомпетентних клітин вирішальне значення має здатність макрофага розщеплювати і переробляти антиген (здійснювати процесинг), а потім подавати (презентувати) імуногенний фрагмент антигена Т-і В-лімфоцитам. Ця його здатність особливо чітко проявляється у повторній імунній відповіді. Як правило, при презентації активний компонент антигена розміщується на поверхні макрофага поряд з молекулами антигенів головного комплексу гістосумісності.
На відміну від лімфоцитів макрофаги не мають клонально запрограмованих властивостей і не володіють антигенною специфічністю, а реагують, як неспецифічні допоміжні клітини.
2. Механізм імунного захисту організму
Незважаючи на могутній механізм неспецифічного захисту організму все ж таки вирішальне значення в підтримці гомеостазу має імунна система, яка ініціює специфічні реакції захисту. Вони в свою чергу поділяються на гуморальні і клітинні.
До гуморальних чинників імунного захисту відносяться імуноглобуліни, яких існує 5 класів (IgM, IgG, IgA, IgE, IgD), і різноманітні цитокіни, що виділяються клітинами організму. Основними чинниками клітинного захисту є Т-ефектори і Т-хелпери різних субпопуляцій. Яким чином розвивається імунна відповідь організма, як реагує організм на проникнення збудника?
Залежно від того, яким чином антиген проник в організм, залежить його місце перебування в лімфоїдній системі. Проникнувши у тканини, антиген затримується у регіонарному лімфатичному вузлі. У той же час антигени, що проникли на слизові оболонки дихальних шляхів або кишечника попадають в лімфоїдну тканину слизових оболонок, а антиген, який безпосередньо проникає в кров, затримується у селезінці.
Виділяють так стадії розвитку імунної відповіді:
1. Проникнення антигена через бар‘єрні тканини.
2. Зв‘язування частини антигена антигенпрезентуючими клітинами; стимуляція антигеном продукції цитокінів клітинами бар‘єрних органів, які готують судини і лімфоцити до активації.
3 Розпізнавання лімфоцитами антигена своїми специфічними рецепторами TcR i BcR.
4. Взаємодія і проліферація Т- і В-лімфоцитів.
5 Диференціація (імунопоез) лімфоцитів.
6.Організація лімфоцитами знищення антигена макрофагами, еозинофілами, базофілами, тучними клітинами, нейтрофілами. Самостійно знищують антиген Т-кілери.
7. Виведення зруйнованого антигена з організму.
Більш детально цей процес виглядає таким чином.
Антиген зв‘язують дендритні клітини бар‘єрної тканини, наприклад, клітини Лангерганса, і прямують у регіонарний лімфатичний вузол. За час такого переміщення вони частково переробяють антиген до пептидних фрагментів і зв‘язують їх з своїми молекулами ГКГ ІІ. Одночасно антиген безпосередньо стимулює інші клітини (кератиноцити, макрофаги), і вони у незначних кількостях починають виділяти хемокіни, фактор некрозу пухлин, які активують ендотелій у місці попадання антигена. На ендотелії появляються молекули адгезії для лімфоцитів і лейкоцитів.
У лімфатичному вузлі дендритні клітини подають антиген для розпізнання Т- і В-лімфоцитам. Процес розпізнавання здійснюється за рахунок взаємодії між молекулами мембрани лімфоцита і молекулами мембрани антигенпрезентуючої клітини: рецептор Т-лімфоцита TcR реагує з антигеном; CD4 Т-хелпера з антигеном ГКГ ІІ класу або CD8 Т-ефектора зв‘язується з антигеном ГКГ І класу; має місце взаємодія і інших важливих молекул. Тільки після цього може розпочатись проліферація Т-лімфоцитів і секреція ними проліферативних цитокінів.
Клони Т- І В-лімфоцитів, які зв‘язали антиген починають взаємодіяти між собою і Т-хелпери синтезують власні фактори росту, наприклад, ІЛ-2. Щоб Т-лімфоцит почав продукувати цитокіни, які зумовлюють диференціацію В-лімфоцитів, необхідна взаємодія мембранної молекули Т-хелпера CD40L з молекулою CD40 на мембрані В-лімфоцита, який теж розпізнав цей антиген. Після цього В-лімфоцити швидко проліферують.
Проліферація є характерною ознакою імунної відповіді. У результаті проліферації розростаються тільки специфічні клони лімфоцитів, що зумовлює багатократне збільшення клітин, спрямованих своєю активністю на антигени.
Лімфоцити антигенрозпізнавальних клонів після проліферації диференцюються, згідно спеціалізації набутої ще в лімфопоезі. У результаті диференціації Т-хелпери, Т-ефектори, В-лімфоцити у залежності від наявності на їх мембрані певних homing-рецепторів мігрують із лімфатичного вузла у тканини у ті місця, де перебуває антиген. Плазмоцити (диференційовані В-лімфоцити) починають секретувати у кров імуноглобуліни, які необхідні для зв‘язування антигена, який там перебуває.
У місцях найбільшого скупчення антигена активовані лімфоцити залучають своїми цитокінами нейтрофіли, макрофаги, еозинофіли, тучні клітини, базофіли, які здатні переробити, зруйнувати антиген і видалити його з організма.
Після видалення антигена з організму імунна відповідь на нього припиняється. Цьому сприяє: відсутність антигена; із активованих CD4+Т-лімфоцитів розвивається субпопуляція Th3, яка виділяє серед інших цитокінів велику кількість супресорного цитокіна TGFb, який припиняє проліферацію лімфоцитів і продукцію запальних цитокінів; активовані лімфоцити гинуть за механізмом цитоптоза.
Частина лімфоцитів активно захищається від апоптозу, у них припиняється продукція цитокінів , і вони здатні тривалий час циркулювати в організмі. Це – клітини імунологічної пам‘яті. При повторному попаданні антигена в організм його зустріне значна кількість вже диференційованих клітин антигенспецифічного клону. На цьому принципі і базується сучасна вакцинація населення.
На початку нашого викладу матеріала йшлось про те, що в імунному захисті велика роль належить імуноглобулінам і цитокінам. Імуноглобуліни ми розглядали у першій лекції. Тепер потрібно ознайомитись з основними цитокінами.
З допомогою цитокінів лімфоцити взаємодіють між собою і одночасно з клітинами інших тканин організму, які теж здатні виділяти значну кількість цих біологічно активних речовин і у свою чергу впливають на лімфоцити. Цитокіни є тим містком, який зв‘язує систему імунітета із цілим організмом.
На даний час за своєю функцією цитокіни ділять на 5 груп.
1.Цитокіни, які зумовлюють природний захист. Вони виробляються макрофагами, кератиноцитами та іншими клітинами у результаті безпосереднього контакту з мікроорганізмами. До них відносять: a– і b-інтерферони, ІЛ-1, ІЛ-6, хемокіни, фактор некрозу пухлин.
2. Цитокіни, які регулюють ріст, активацію і диференціацію лімфоцитів.(ІЛ-2, ІЛ-4, TGFb). Їх головними продуцентами є Т-лімфоцити. Цитокіни починають синтезуватись після того, як рецептор Т-лімфоцита TcR прореагує з антигеном.
3. Цитокіни, які активують клітини запального інфільтрату. Найчастіше їх продукують імунні лімфоцити з метою залучення у вогнище з антигеном клітин запалення – нейтрофілів, макрофагів, еозинофілів, які повинні знищити і видалити цей антиген. У цю групу входять: g-інтерферон, ІЛ-5, ІЛ-10, ІЛ-12, лімфотоксин. g-інтерферон найактивніший стимулятор макрофагів, він активує ПК (природні кілери), нейтрофіли, ендотелій судин, запускає диференціацію CD4+Т-лімфоцитів у Th1 і CD8+ у Т-ефектори; у В-лімфоцитах пригнічує перемикання синтеза імуноглобулінів на IgG1 i IgE.
4. Цитокіни – фактори росту. Вони стимулюють проліферацію і диференціацію клітин попередників лейкоцитів у кістковому мозку (ІЛ-3, ІЛ-7, ІЛ-9, ІЛ-11,G–CSF та інші ростові фактори).
5. Мембраноасоційовані цитокіни – стимулюють ангіогенез.
Як правило у крові цитокінів не можна виявити за виключенням важких септичних станів , коли там можуть появитись ІЛ-1, ІЛ-6, фактор некрозу пухлин. Інші цитокіни ніколи у кров не попадають, а завжди діють локально у місці їх виділення. Цитокіни синтезуються оперативно, коли клітини отримують відповідний сигнал. Зрозуміло, що вони діють тільки на ті клітини, на мембранах яких розташований рецептор, що може зв‘язати цей цитокін.
Серед цитокінів є значна кількість інтерлейкінів. Основні з вивчених інтерлейкінів подані нижче (табл. 5).
Але у специфічній імунній відповіді, особливо на внутріклітинну (вірусну) інфекцію крім гуморального механізму захисту, спрацьовують клітинні механізми.
Основними діючими особами в даному випадку являються Т-хелпери і цитотоксичні Т-лімфоцити. CD8+ Т-кілери розпізнають своїм TcR рецептором антигени вірусі в, деяких бактерій і найпростіших, що знаходяться на уражених соматичних клітинах, а їх молекули CD8 реагують з антигеном ГКГ І класу цих клітин. Приєднуючись до інфікованих клітин, вони виділяють всередину клітини-мішені перфорин, який руйнує мембрану, що зумовлює лізис клітини разом з вірусами, які там знаходились (рис. 10). У зв‘язку, що CD8 молекула комплементарна антигену ГКГ І класу, то Т-кілер може знищити будь-яку клітину уражену збудником, адже всі клітини організму несуть на собі антигени ГКГ І класу.
Коли в клітинах знаходяться бактерії або найпростіші ситуація дещо буде іншою. Лізис макрофагу, в якому знаходитиметься збудник, приведе до вивільнення мікроорганізму без його знищення. Тому в даному випадку підключаються інші Т- клітини – Th1 (Т-хелпери гіперчутливості сповільненого типу). Вони розпізнають інфікований макрофаг за присутністю на його поверхні мікробного антигену в комплексі з білком ГКГ ІІ класу. При цьому Т-клітини виділяють лімфокіни, які стимулюють внутриклітинне знищення збудника макрофагом.
Таблиця 5
Імунологічна дія основних інтерлейкінів
Інтерлейкіни |
Походження |
Імунологічна дія |
ІЛ-1 |
Макрофаги, Моноцити |
Посилює диференціацію і дію В– і Т– лімфоцитів; стимулює ріст і активність природніх кілерів |
ІЛ-2 |
Активовані Т- хелпери |
Стимулює ріст Т– клітин; допомагає в дифереціації В– клітин; стимулює NK- клітини |
ІЛ-3 |
Т- хелпери |
Стимулює ріст і диференціацію макрофагів, гранулоцитів, базофілів і тучних клітин |
ІЛ-4 |
Т-хелпери, макрофаги |
Допомагає в рості В– клітин і у диференціації Т– хелперів; стимулює синтез антигенів ГКГ на В– клітинах і макрофагах; разом із ІЛ-3 стимулює алергоцити |
ІЛ- 5 |
Т-хелпери, алергоцити |
Допомагає в диференціації В клітин і стимулює ріст і диференціацію еозинофілів, активує їх дію і хемотаксис |
ІЛ- 6 |
Макрофаги, моноцити, Т- клітини |
Стимулює дозрівання мегакаріоцитів і підвищує кількість тромбоцитів, посилює ріст і диференціацію Т- і В- клітин і продукцію Ig |
ФІЛ -7 |
Клітини кістко вого мозку |
Допомагає в рості недозрілих В–лімфоцитів; підвищує розмноження Т– клітин; стимулює цитотоксичну дію Т- клітин |
ІЛ- 8 |
Мононуклеарні клітини, фіброб ласти, епітелі аль ні клітини |
Хемотаксичний ефект на гранулоцити; стимулює. Виділен–ня лізосомних ензимів; обумовлює адгезію нейтрофілів до ендотелію |
ІЛ- 9 |
Активовані Т- клітини |
Допомагає в дозріванні клітин кісткового мозку; стимулює ріст алергоцитів |
ІЛ- 10 |
Т-хелпери, В- лімфоцити |
Сильно пригнічує активність макрофагів; гальмує продукцію інтерферону |
ІЛ- 11 |
Фібробласти |
Разом із ІЛ– 3 стимулює ріст мегакаріоцитів |
ІЛ- 12 |
В-лімфоцити, макрофаги |
Сприяє диференціації Т– хелперів; стимулює ріст і функції NK і Т- клітин |
Таким чином, ми бачимо, що основною регулюючою клітиною, як гуморальної, так і клітинної імунної відповіді, є Т-лімфоцит хелпер. Без нього не можлива активація ні В-лімфоцитів, ні Т-кілерів. Якщо ж згадати, що при СНІДі в основному поражаються клітини, які мають СD4 молекули- антигени (Т-хелпери), то стає зрозумілим – страждає вся система імунного захисту організму. Організм стає обезброєним, безпорадним проти бактерій і вірусів. Ось чому такою небезпечною є ця важка недуга.
Клітинами, які володіють протилежною функцією в імунній відповіді в порівнянні з Т-хелперами, є супресорні клітини. Ви знаєте, що існують різні механізми супресії, пригнічення імунної відповіді. Це абсолютно природньо, адже, якщо природа створила клітини, що посилюють імунну відповідь, то вона повинна була створити і таку систему, яка би тримала в певних рамках Т-хелпери, щоб це посилення імунних реакцій не було безмежним.
При значному розвитку імунної відповіді організму активуються супресорні механізми, які пригнічують Т-хелпери (Th0,Th1,Th2). Відповідно зменшується вплив останніх на В-лімфоцити і Т-ефектори- попередники Т-кілерів. Імунологічна відповідь послаблюється. При певній межі такого пригнічення включається інша система клітин – система клітин контрсупресорів, які конкурують з супресорами і стримують їх вплив на Т-хелпери. І знову рівень імунної відповіді починає підвищуватись. Ось таким чином відбувається регуляція імунної відповіді.
3. Імунні системи шкіри і слизових оболонок
Імунна система шкіри. Імунну систему шкіри складають епідермальні дендритні клітини (клітини Лангерганса), внутріепітеліальні лімфоцити і периваскулярні лімфоцити. Периваскулярні лімфоцити – це Т-лімфоцити з з фенотипами CD4+CD8- i CD4-CD8+. Коли антиген проникає через шкіру, його захоплюють дендритні клітини. Клітини Лангерганса мігрують у лімфатичні вузли і частково розщеплюють антиген, кон‘югуючи його з антигенами ГКГ ІІ або ГКГ І класів. У лімфатичних вузлах дендритні клітини перетворюються в інтердигітальні і подають антиген неімунним CD4+Т-лімфоцитам для розпізнання. Активовані антигеном Т-лімфоцити проникають із лімфатичних вузлів у кров. Ті з них, які мають на мембрані спеціальну молекулу CLA-1 (Cutaneus Lymphocyte Antigen-1), мають тропізм до шкіри і повертаються у дерму та епідерміс.
Серед цих Т-лімфоцитів переважає перша субпопуляція Т-хелперів-Th1, яка здатна інтенсивно виробляти g-інтерферон, ІЛ-2. Названі цитокіни є сильними активаторами макрофагів, дія яких у свою чергу спрямована на деструкцію і видалення антигена. Інший імунний механізм захисту шкіри від збудників пов‘язаний з дією IgA, які завжди присутні у всіх секретах шкіри (сальних, потових тощо).
Імунна система слизових оболонок. Імунна система слизових оболонок складається із внутріепітеліальних лімфоцитів (ВЕЛ), лімфоцитів lamina propria, лімфоїдних фолікул. Більшість ВЕЛ – це Т-лімфоцити з фенотипом CD4+ CD8–, 10% яких відносяться до Тgd субпопуляції. На мембрані ВЕЛ міститься особлива молекула – інтегрин, яка є homing– рецептором лімфоцитів у епітелій слизових. Стимулятором росту ВЕЛ являється ІЛ-7, що синтезується епітелієм кишечника.
Лімфоцити у lamina propria різнорідні. Однак, значна їх кількість – це Т-хелпери. Вони мігрують у lamina propria з лімфатичних вузлів, де активувались антигеном. Тут вони будуть взаємодіяти і стимулювати інші клітини-виконавці їх волі (еозинофіли, тучні клітини, макрофаги). У lamina propria знаходиться значна кількість активованих В-лімфоцитів, які мігрували із мезентеріальних вузлів і пейерових бляшок, їх нащадків – плзмоцитів, що секретують велику кількість імуноглобулінів.
У пейерових бляшках 50-70% клітин складають В-лімфоцити і 10-30% – Т-лімфоцити. У цих лімфатичних скупченнях в основному відбувається імуногенез В-лімфоцитів і їх диференціація у плазмоцити. Серед Т-лімфоцитів переважають Th2, які продукують ІЛ-5. ІЛ-5 так само, як і ІЛ-10, і TGFb, контролює перемикання синтезу імуноглобулінів В-лімфоцитами на клас IgА. У слизових шлунково-кишкового тракту синтезується майже 70% добової продукції цих імуноглобулінів в організмі.
Крім IgA значну захисну функцію у слизових оболонках виконують Тgd-лімфоцити, які здатні зв‘язати мікробні й харчові антигени різноманітної хімічної будови, без попереднього подання їм антигенів презентуючими клітинами. Th2 виділяє ІЛ-4, який вибірково перемикає синтез імуноглобулінів у В-лімфоцитах на клас IgE. Останній осідає на тучних клітинах, які після активації секретують гістамін, простагландин Е-2, лейкотриєн D4 тощо. Ці медіатори зумовлюють скорочення гладких м‘язів стінки кишечника, що сприяє видаленню збудника назовні.
Таким чином, кінцевим наслідком імунної відповіді, як витікає із вищенаведеного, є знищення і видалення з організму розпізнаного лімфоцитами антигена. Цей процес може здійснюватись такими шляхами:
1. Знищенням антигена, який зв‘язався з антитілом комплементом, що адсорбовувався на цьому комплексі.
2. Фагоцитозом комплексів антиген-антитіло макрофагами і деструкцією їх лізосомальними ферментами перекисним окисленням чи анаеробними пртеазами.
3. Лізисом клітин Т-кілерами з допомогою перфорину.
4. Руйнуванням клітин-мішеней клітинами імунної системи за умови, що з клітиною мішеню зв‘язалось специфічне антитіло. Проте клітини-ефектори повинні мати рецептор до Fc- фрагмента імуноглобуліна відповідного класу. Так, наприклад, з антитілами IgE та IgA взаємодіють еозинофіли. Деструктивний механізм природніх кілерів, асоційований з перфорином та апоптозом; у макрофагів і нейтрофілів – – протеазами і перекисним окисленням, у еозинофілів – пов‘язаний з двома токсичними білками.
5. Розвитком реакцій гіперчутливості негайного і сповільненого типів.
Система Т-лімфоцитів забезпечуеіклітинний’шімунітет при більшості вірусних інфекцій, туберкульозі, лепрі, бруцельозі, туляремії, підвищену чутливість уповільненого типу, трансплантаційний і протипухлинний імунітет, імунологічну толерантність. У реалізації індукції і розвитку імунних реакцій важливу роль відіграють ін-терлейкіни і фактори, що активують макрофаги.
Система В-лімфоцитів здійснює гуморальний імунітет проти більшості бактеріальних інфекцій, антитоксичний імунітет, підвищену чутливість негайного типу, атопії та низку аутоімунних станів.
Антитілотворні клітини виникають із В-лімфоцитів; інші клітини імунної системи (Т-лімфоцити і макрофаги) — допоміжні, вони контролюють і регулюють процес утворення антитіл.
Клітинний імунітет характеризується специфічністю і реалізується Т-лімфоцитами. Центральним органом клітинного імунітету єти-мус, у якому за допомогою його гормонів відбувається «навчання» Т-лімфоцитів, що розпізнають антиген, і Т-лімфоцитів, що беруть участь у знешкоджуванні антигенів. Виявлено чотири фази клітинного імунітету: 1) зв’язування антигену Т-лімфоцитами; 2) проліферація Т-лімфоцитів; 3) синтез медіаторів; 4) цитотоксичний ефект.
У клітинному імунітеті беруть участь три субпопуляції клітин Т-системи: 1) Т-кілери, які детермінують розвиток гіперчутливості сповільненої дії і трансплантаційний імунітет; 2) Т-хелпери, які допомагають В-лімфоцитам трансформуватися в антитілотворні клітини; 3) Т-супресори, які відповідають за розвиток імунологічної толерантності і продукцію медіаторів (фактор, що пригнічує міграцію макрофагів; фактор цитотоксичності макрофагів; бластогенні фактори; нейропепти-ди; хемотаксичні фактори; лімфотоксин; інтерлейкіни І—III; інтерферон та ін.). Т-лімфоцити, що секретують лімфокіни, регулюють розвиток і активацію імунокомпетентних клітин. Найважливішою і заключною ланкою клітинного імунітету є цитотоксичний ефект лімфоцитів, що здійснюється за допомого*^ лімфотоксину.
Цитотоксичні Т-клітини і природні кілери (natural killers) прикріплюються до клітин-мішеней (клітини злоякісних пухлин і клітини, заражені вірусами), виділяють у їх мембрану спеціальний білок (перфорин), який у присутності іонів кальцію утворює пори діаметром 5—20 нм, через них вміст клітин-мішеней (вода і солі) витікає, що й призводить до їх загибелі. Такий стан названо є к з о ц и-т о з ом.
Система В-лімфоцитів складається із трьох основних груп: 1) В-лімфоцитів — попередників антитілотворних клітин, які за допомогою Т-лімфоцитів (Т-кілерів) забезпечують інтенсивне вироблення антитіл; 2) В-супресорів, що є в кістковому мозку, селезінці і лімфатичних вузлах і разом з Т-супресорами відповідають за розвиток імунологічної толерантності (пригнічують розмноження і перетворення В-лімфоцитів і Т-лімфоцитів у клітини-ефектори гуморального і клітинного імунітету); 3) В-кілерів, які, взаємодіючи з Fc-фрагментами антитіл (IgG), фіксованих на клітинах трансплантата, спричиняють руйнування останніх.
Захисна дія гуморального і клітинного імунітету може проявитися окремо або одночасно. Так, наприклад, при вірусних захворюваннях, туберкульозі, лепрі провідну роль відіграє клітинний імунітет, при правцю, анаеробній інфекції — гуморальний, при дизентерії, гострих сальмонельозних гастроентеритах — гуморальний і клітинний.
Виявлено і порівняно добре вивчено адоптивний імунітет, який відтворюється перенесенням лімфоїдної тканини в інтактний організм. Варіантом адоптивного імунітету є трансфер-реакція, яка виникає при перенесенні імунних лейкоцитів, сенсибілізованих щодо антигенів організму. Трансфер-фактор виділений з імунних лейкоцитів. При введенні його в організм через 2—7 діб розвивається гіперчутливість уповільненого типу, яка зберігається протягом кількох місяців. j
Функціональна активність Т- і В-лімфоцитів контролюється генами, зчепленими з головним комплексом гістосумісності МНС (англ. major histocotnpatibility complex), які дають змогу розпізнавати «своє» і «чуже» і здійснюють імунологічний «нагляд» в організмі.
Всі серологічні реакції використовуються з двоякою метою: 1) для виявлення антитіл у сироватці хворого з допомогою стандартних антигенів-діагностикумів – для серологічної діагностики інфекційної хвороби; 2) для визначення невідомих антигенів (бактерій, грибів, вірусів) за відомими стандартними сироватками-антитілами – для серологічної ідентифікації збудників.
Якщо в реакції антитіла з антигеном беруть участь низькодисперс-ні антигени (бактерії, клітини), спостерігається феномен, або реакція, аглютинації (РА); при взаємодії антитіл з високодисперсними антигенами (полісахариди, білки та їх комплекси) утворюються преципітати (флокуляти). У реакції преципітації (РП) завдяки полівалентній природі антигену й антитіла утворюються ґратчасті структури, будова яких залежить від кількісного співвідношення антигену й антитіла
Коли до комплексу антиген — антитіло приєднується комплемент, відбувається реакція зв’язування комплементу (РЗК).
Взаємодія антитіла з антигеном може зумовлювати нейтралізацію токсину антитоксином (РН), активацію системи комплементу, реакцію негайної гіперчутливості.
Антитіла, що належать до класів IgA і IgE, не мають властивості спричинювати РП, РА, РЗК-
У ряді випадків з’єднання антитіла з антигеном може бути неміцним; оборотність комплексу антиген—антитіло відбувається в результаті конформаційних змін молекули антитіла, при надлишку антигену або зменшенні спорідненості між антигеном і антитілом, а також під впливом зовнішніх факторів (температура, кислотність середовища та ін.).
Усі імунологічні реакції поділяють на моно- й полісистемні.
РЕАКЦІЯ АГЛЮТИНАЦІЇ Аглютиніни — антитіла, що мають властивість спричиняти склеювання відповідних бактерій, еритроцитів, лейкоцитів, тромбоцитів, клітин тканин, корпускулярних хімічних часточок з адсорбованими на них антигенами або антитілами з утворенням конгломератів (аглю-тинатів), видимих неозброєним оком.
Додавання відповідних імунних сироваток до зависі бактерій спричиняє їх аглютинацію і випадання в осад у вигляді пластівців або зерен. В реакції аглютинації (моносистемній, прямій, двокомпонентній) беруть участь антитіло (аглютинін) і корпускулярний антиген (аглютиноген); вони взаємодіють у певних кількісних співвідношеннях і при наявності електроліту (0,85 % розчин натрію хлориду).
РА бактерій з відповідними аглютинуючими сироватками характеризується специфічністю. Проте може траплятися групова аглютинація, тобто склеювання близьких, споріднених мікроорганізмів, хоч і в слабших розведеннях сироватки. Схематично це можна зобразити так: бактерія А містить аглютиногени а, Ь, с, бактерія В — b, c, d, бактерія С — с, d, є, а в сироватках крові імунізованих тварин утворюються відповідні їм аглютиніни.
Для виявлення специфічних аглютинінів у сироватках крові тварин, імунізованих складним комплексом антигенів бактеріальної клітини, застосовують метод адсорбції аглютинінів (реакція виснаження Кастеллані).
За допомогою методу адсорбції аглютинінів вивчають також антигенну структуру бактерій; крім того, його використовують для приготування специфічних аглютинуючих і лікувальних сироваток, вакцин і діагностикумів. Аглютинуючі сироватки, добуті методом адсорбції аглютинінів, називають монорецепторними. Вони дають змогу точніше визначати видову залежність низки збудників інфекційних захворювань.
При імунізації тварин рухливими бактеріями, що містять джгутикові (Н) і соматичні (О) антигени, у них виробляються відповідно Н- і О-аглютиніни. Джгутикові аглютиніни спричиняють швидше склеювання бактерій у вигляді пухких пластівців, соматичні аглютиніни порівняно повільно утворюють конгломерати бактерій у вигляді дрібних зерен. На цій підставі Н-аглютинація називається крупнопластівцевою, а О-аглютинація — дрібнозернистою.
Бактерії, що містять Vi-антиген, слабко або зовсім не аглютинуються О-сироватками, але добре аглютинуються Vi-сироватками. Це доводить, що О- і Vi-антигени, так само як О- і Vi-антитіла, мають різну структуру.
При здійсненні РА треба враховувати феномен затримки аглютинації. Це буває як при занадто великих, так і при малих концентраціях імунної сироватки, взятої для РА. Цей феномен властивий усім реакціям імунітету і має враховуватись при лабораторній діагностиці інфекційних захворювань.
РА широко застосовують для серологічної діагностики черевного тифу, паратифів А і В (реакція Відаля), бруцельозу (реакція Райта), висипного тифу (реакція з рикетсіями Провачека), туляремії, лептоспірозу та інших захворювань, коли за допомогою відомих бактерій (діагностикумів) визначають у сироватці крові хворих відповідні аглютиніни.
РА використовують для ідентифікації виділених у хворих, людей і тварин мікроорганізмів із застосуванням заздалегідь відомих аглютинуючих сироваток.