Факторы неспецифической антимикробной устойчивости макроорганизма. Неспецифические и специфические факторы резистентности полости рта
Факторы неспецифической резистентности (защиты), которые обеспечивают неселективный характер ответа на антиген и являются наиболее стабильной формой невосприимчивости, обусловлены врожденными биологическими особенностями вида. Они реагируют на чужеродный агент стереотипно и независимо от его природы. Основные механизмы неспецифической защиты формируются под контролем генома в процессе развития организма и связаны с естественно-физиологическими реакциями широкого спектра - механическими, химическими и биологическими.
Среди факторов неспецифической резистентности выделяют:
ареактивность клеток макроорганизма к патогенным микроорганизмам и токсинам, обусловленную генотипом и связанную с отсутствием на поверхности таких клеток рецепторов для адгезии патогенного агента;
барьерную функцию кожи и слизистых оболочек, которая обеспечивается отторжением клеток эпителия кожи и активными движениями ресничек мерцательного эпителия слизистых оболочек. Кроме того, она обусловлена выделением экзосекретов потовых и сальных желез кожи, специфических ингибиторов, лизоцима, кислой средой желудочного содержимого и другими агентами. Биологические факторы защиты на этом уровне обусловлены губительным воздействием нормальной микрофлоры кожи и слизистых покровов на патогенные микроорганизмы;
температурную реакцию, при которой прекращается размножение большинства патогенных бактерий. Так, например, устойчивость кур к возбудителю сибирской язвы (В. anthracis) обусловлена тем, что температура их тела находится в пределах 41-42 °С, при которой бактерии не способны к самовоспроизводству;
клеточные и гуморальные факторы организма.
В случае проникновения патогенов в организм включаются гуморальные факторы, к которым относятся белки системы комплемента, пропердин, лизины, фибронектин, система цитокинов (интерлейкины, интерфероны и др.). Развиваются сосудистые реакции в виде быстрого локального отека в очаге повреждения, что задерживает микроорганизмы и не пропускает их во внутреннюю среду. В крови появляются белки острой фазы - С-реактивный протеин и маннансвязывающий лектин, которые обладают способностью взаимодействовать с бактериями и другими возбудителями. В этом случае усиливаются их захват и поглощение фагоцитирующими клетками, т. е. происходит опсонизация патогенов, а эти гуморальные факторы играют роль опсонинов.
К клеточным факторам неспецифической защиты относятся тучные клетки, лейкоциты, макрофаги, естественные (натуральные) киллерные клетки (NK-клетки, от англ. «natural killer»).
Тучные клетки - это большие тканевые клетки, в которых находятся цитоплазматические гранулы, содержащие гепарин и биологически активные вещества типа гистамина, серотонина. При дегрануляции тучные клетки выделяют особые вещества, являющиеся медиаторами воспалительных процессов (лейкотриены и ряд цитокинов). Медиаторы повышают проницаемость сосудистых стенок, что позволяет комплементу и клеткам выходить в ткани очага поражения. Все это сдерживает проникновение патогенов во внутреннюю среду организма. NK-клетки представляют собой крупные лимфоциты, не имеющие маркеров Т- или В-клеток и способные спонтанно, без предварительного контакта убивать опухолевые и вирусинфицированные клетки. В периферической крови на их долю приходится до 10 % от всех мононуклеарных клеток. NK-клетки локализованы главным образом в печени, красной пульпе селезенки, слизистых оболочках.
Фагоцитоз - биологическое явление, основанное на узнавании, захвате, поглощении и переработке чужеродных веществ эукариотической клеткой. Объектами для фагоцитоза являются микроорганизмы, собственные отмирающие клетки организма, синтетические частицы и др. Фагоцитами являются полиморфно-ядерные лейкоциты (нейтрофилы, эозинофилы, базофилы), моноциты и фиксированные макрофаги - альвеолярные, перитонеальные, купферовские клетки, дендритные клетки селезенки и лимфатических узлов, клетки Лангерганса и др.
В процессе фагоцитоза (от греч. phago - пожираю, cytos - клетки) различают несколько стадий (рис. 15.1):
Приближение фагоцита к чужеродному корпускулярному объекту (клетке);
Адсорбция объекта на поверхности фагоцита;
Поглощение объекта;
Разрушение фагоцитированного объекта.
Первая фаза фагоцитоза осуществляется за счет положительного хемотаксиса.
Адсорбция происходит путем связывания чужеродного объекта рецепторами фагоцита.
Третья фаза осуществляется следующим образом.
Фагоцит обхватывает адсорбированный объект своей наружной мембраной и втягивает (инвагинирует) его внутрь клетки. Здесь образуется фагосома, которая затем сливается с лизосомами фагоцита. Формируется фаголизосома. Лизосомы представляют собой специфические гранулы, содержащие бактерицидные ферменты (лизоцим, кислые гидролазы и др.).
Специальные ферменты участвуют в образовании активных свободных радикалов О 2 и Н 2 О 2 .
На заключительном этапе фагоцитоза происходит лизис поглощенных объектов до низкомолекулярных соединений.
Такой фагоцитоз протекает без участия специфических гуморальных факторов защиты и получил название доиммунного (первичного) фагоцитоза. Именно этот вариант фагоцитоза впервые описан И. И. Мечниковым (1883) как фактор неспецифической защиты организма.
Результатом фагоцитоза является либо гибель чужеродных клеток (завершенный фагоцитоз), либо выживание и размножение захваченных клеток (незавершенный фагоцитоз). Незавершенный фагоцитоз представляет собой один из механизмов длительной персистенции (переживания) патогенных агентов в макроорганизме и хронизации инфекционных процессов. Такой фагоцитоз чаще протекает в нейтрофилах и завершается их гибелью. Незавершенный фагоцитоз выявлен при туберкулезе, бруцеллезе, гонорее, иерсиниозах и других инфекционных процессах.
Повышение скорости и эффективности фагоцитарной реакции возможно при участии неспецифических и специфических гуморальных белков, которые получили название опсонинов. К ним относят белки системы комплемента СЗb и С4b, белки острой фазы, IgG, IgM и др. Опсонины имеют химическое сродство к некоторым компонентам клеточной стенки микроорганизмов, связываются с ними, а затем такие комплексы легко фагоцитируются потому, что фагоциты имеют специальные рецепторы для молекул опсонинов. Кооперация различных опсонинов сыворотки крови и фагоцитов составляет опсонофагоцитарную систему организма. Оценку опсонической активности сыворотки крови проводят путем определения опсонического индекса или опсонофагоцитарного индекса, которые характеризуют влияние опсонинов на поглощение или лизис микроорганизмов фагоцитами. Фагоцитоз, в котором принимают участие специфические (IgG, IgM) белки-опсонины, называют иммунным.
Система комплемента (лат. complementum - дополнение, средство пополнения) - это группа белков сыворотки крови, которые принимают участие в реакциях неспецифической защиты: лизиса клеток, хемотаксиса, фагоцитоза, активации тучных клеток и др. Белки комплемента относятся к глобулинам или гликопротеинам. Они вырабатываются макрофагами, лейкоцитами, гепатоцитами и составляют 5-10% всех белков крови.
Система комплемента представлена 20-26 белками сыворотки крови, которые циркулируют в виде отдельных фракций (комплексов), различаются по физико-химическим свойствам и обозначаются символами С1, С2, С3 ... С9 и др. Хорошо изучены свойства и функция основных 9 компонентов комплемента.
В крови все компоненты циркулируют в неактивной форме, в виде коэнзимов. Активация белков комплемента (т. е. сборка фракций в единое целое) осуществляется специфическими иммунными и неспецифическими факторами в процессе многоступенчатых превращений. При этом каждый компонент комплемента катализирует активность следующего. Этим обеспечиваются последовательность, каскадность вступления компонентов комплемента в реакции.
Белки системы комплемента участвуют в активации лейкоцитов, развитии воспалительных процессов, лизисе клеток-мишеней и, прикрепляясь к поверхности клеточных мембран бактерий, способны опсонизировать («одевать») их, стимулируя фагоцитоз.
Известно 3 пути активации системы комплемента: альтернативный, классический и лектиновый.
Наиболее важным компонентом комплемента является СЗ, который расщепляется конвертазой, образующейся при любом пути активации, на фрагменты СЗа и СЗb. Фрагмент СЗb участвует в образовании С5-конвертазы. Это является начальным этапом формирования мембранолитического комплекса.
При альтернативном пути комплемент может активироваться полисахаридами, липиполисахаридами бактерий, вирусами и другими антигенами без участия антител. Инициатором процесса является компонент СЗb, который связывается с поверхностными молекулами микроорганизмов. Далее при участии ряда ферментов и белка пропердина этот комплекс активирует компонент С5, который прикрепляется к мембране клетки-мишени. Затем на нем образуется мембраноатакующий комплекс (МАК) из компонентов С6-С9. Процесс завершается перфорацией мембраны и лизисом микробных клеток. Именно этот путь запуска каскада комплементарных белков имеет место на ранних стадиях инфекционного процесса, когда специфические факторы иммунитета (антитела) еще не выработаны. Кроме того, компонент СЗb, связываясь с поверхностью бактерий, может выполнять роль опсонина, усиливая фагоцитоз.
Классический путь активации комплемента запускается и протекает с участием комплекса антиген-антитело. Молекулы IgM и некоторые фракции IgG в комплексе антиген-антитело имеют специальные места, которые способны связать компонент С1 комплемента. Молекула С1 состоит из 8 субъединиц, одна из которых является активной протеазой. Она участвует в расщеплении компонентов С2 и С4 с образованием СЗ-конвертазы классического пути, которая активирует компонент С5 и обеспечивает формирование мембраноатакующего комплекса С6-С9, как при альтернативном пути.
Лектиновый путь активации комплемента обусловлен присутствием в крови особого кальцийзависимого сахаросвязывающего протеина - маннансвязывающего лектина (МСЛ). Этот протеин способен связывать остатки маннозы на поверхности микробных клеток, что приводит к активации протеазы, расщепляющей компоненты С2 и С4. Это запускает процесс формирования лизирующего мембрану комплекса, как при классическом пути активации комплемента. Некоторые исследователи рассматривают этот путь как вариант классического пути.
В процессе расщепления компонентов С5 и СЗ образуются малые фрагменты С5а и С3а, которые служат медиаторами воспалительной реакции и инициируют развитие анафилактических реакций с участием тучных клеток, нейтрофилов и моноцитов. Эти компоненты получили название анафилатоксинов комплемента.
Активность комплемента и концентрация отдельных его компонентов в организме человека могут увеличиваться или уменьшаться при различных патологических состояниях. Могут быть и наследственные дефициты. Содержание комплемента в сыворотках животных зависит от вида, возраста, сезона и даже времени суток.
Наиболее высокий и стабильный уровень комплемента отмечен у морских свинок, поэтому в качестве источника комплемента используют нативную или лиофилизированную сыворотку крови этих животных. Белки системы комплемента очень лабильны. Они быстро разрушаются при хранении при комнатной температуре, действии света, ультрафиолетовых лучей, протеаз, растворов кислот или щелочей, удалении ионов Са++ и Mg++. Прогревание сыворотки при 56 °С в течение 30 мин приводит к разрушению комплемента, и такая сыворотка называется инактивированной.
Количественное содержание компонентов комплемента в периферической крови определяют как один из показателей активности гуморального иммунитета. У здоровых лиц содержание компонента С1 составляет 180 мкг/мл, С2 - 20 мкг/мл, С4 - 600 мкг/мл, СЗ - 13 001 мкг/мл.
Воспаление как важнейшее проявление иммунитета развивается в ответ на повреждение тканей (прежде всего покровных) и направлено на локализацию и уничтожение микроорганизмов, которые проникли в организм. В основе воспалительной реакции лежит комплекс гуморальных и клеточных факторов неспецифической резистентности. Клинически воспаление проявляется покраснением, отеком, болью, локальным повышением температуры, нарушением функции поврежденного органа или ткани.
Центральную роль в развитии воспаления играют сосудистые реакции и клетки системы мононуклеарных фагоцитов: нейтрофилы, базофилы, эозинофилы, моноциты, макрофаги и тучные клетки. При повреждении клеток и тканей, кроме того, высвобождаются различные медиаторы: гистамин, серотонин, простагландины и лейкотриены, кинины, белки острой фазы, в том числе С-реактивный белок, и др., которые играют важную роль в развитии воспалительных реакций.
Бактерии, проникшие в организм при повреждении, и продукты их жизнедеятельности активируют свертывающую систему крови, систему комплемента и клетки макрофагально-мононуклеарной системы. Происходит образование сгустков крови, что предупреждает распространение возбудителей с кровью и лимфой и препятствует генерализации процесса. При активации системы комплемента образуется мембрано-атакующий комплекс (МАК), который лизирует микроорганизмы или опсонизирует их. Последнее усиливает способность фагоцитирующих клеток поглощать и переваривать микроорганизмы.
Характер течения и исход воспалительного процесса зависят от многих факторов: природы и интенсивности действия чужеродного агента, формы воспалительного процесса (альтеративное, экссудативное, пролиферативное), его локализации, состояния иммунной системы и др. Если воспаление не завершается в течение нескольких дней, оно становится хроническим и тогда развивается иммунное воспаление с участием макрофагов и Т-лимфоцитов.
Под иммунитетом понимают совокупность процессов и механизмов, обеспечивающих организму постоянство внутренней среды от всех генетически чужеродных элементов экзогенной и эндогенной природы. Неспецифические факторы резистентности являются проявлениями врожденного иммунитета. Выделяют: механические барьеры (кожа, слизистые), гуморальные факторы (иммуноцитокины, лизоцим, бета-лизины, система пропердиновых белков, белки острой фазы) и клеточные факторы (фагоциты, естественные киллеры). В отличие от иммунитета для неспецифической резистентности характерно:
1) Отсутствие специфического ответа на определенные антитела;
2) Наличие как индуцибельных, так и неиндуцибельных факторов защиты;
3) Отсутствие способности сохранять память от первичного контакта с антигеном.
Основными клеточными клетками-эффекторами при уничтожении микробов являются фагоциты (нейтрофилы, макрофаги). Однако функции фагоцитов не ограничиваются только киллигом чужеродной частицы. Фагоцит выпоняет 3 основных группы функций :
1) Защитная (собственно фагоцитоз)
2) Представляющая - макрофаг представляет АГ лимфоцитам в системе клеточной кооперации
3) Секреторная – продуцирует более 60 активных медиаторов, среди которых ИЛ-1,8; активные формы кислорода, продукты метаболизма арахидоновой кислоты и др.
С развитием недостаточной активности какого-либо из факторов неспецифической резистентности развивается иммунодефицитное состояние, в связи, с чем необходимо иметь представление о путях оценки функциональной активности каждого из выше перечисленных компонентов.
Схема 1. Основные методы оценки различных этапов фагоцитоза .
1. Учесть результаты посевов вскрытых животных. Подсчитать общую обсемененность в разных секторах, заполнить в тетради таблицу обсемененности разных органов и тканей экспериментального животного.
2. Описать колонию (по выбору преподавателя) по стандартной схеме (см. тему ‘Бактериологический метод исследования’).
3. Приготовить мазки и окрасить их по Граму. Микоскопировать, охарактеризовать морфологическую картину.
4. Изучить в готовых препаратах картину незавершенного фагоцитоза.
5. Разобрать схему постановки опыта фагоцитоза.
6. Разобрать схему постановки опсоно-фагоцитарной реакции.
Контрольные вопросы:
1. Перечислите основные группы факторов неспецифической резистентности.
2. Охарактеризуйте анатомические барьеры неспецифической резистентности.
3. Каковы основные отличия неспецифической резистентности от иммунитета.
4. Охарактеризуйте гуморальные факторы неспецифической резистентности (лизоцим, иммуноцитокины, комплемент,бета-лизины, пропердиновая система, белки острой фазы)
5. Система комплемента: строение, функции, типы активации?
6. Какие клеточные факторы неспецифической резистентности вы знаете?
7. Охарактеризуйте стадии фагоцитоза.
8. Каковы формы фагоцитоза.
9. Каковы механизмы фагоцитоза.
10. Охарактеризуйте основные формы свободных радикалов.
11. Что такое фагоцитарный индекс и фагоцитарное число. Методы оценки.
12. Какими методами можно дополнительно оценить активность фагоцита?
13. Метод оценки внутриклеточного киллинга: клиническое значение, постановка.
14. Сущность опсонизации. Фагоцитарно-опсонический индекс.
15. НСТ-тест:постановка, клиническое значение.
16. Значение антилизоцимной, антикомплементарной, антиинтерфероновой активностей бактерий.
ТЕМА 3. РЕАКЦИИ ИММУНИТЕТА (1 ЗАНЯТИЕ)
Одной из форм иммунологической реактивности является способность организма к выработке антител в ответ на антиген. Антигеном является вещество определенной химической структуры, несущее чужеродную генетическую информацию. Антигены бывают полноценные, то есть способные вызывать синтез антител и связываться с ними, и неполноценные или гаптены. Гаптены способны только связываться с антителом, но не вызывать его синтез в организме. Бактерии и вирусы представлены сложной системой антигенов (таблицы 4,5), некоторые их них обладают токсическими и иммуносупрессивными свойствами.
Таблица 4
Антигены бактерий
Таблица 5
Антигены вирусов
Иммунологические методы исследования - диагностические методы исследования, основанные на специфическом взаимодействии антигенов и антител. Широко используются для лабораторной диагностики инфекционных болезней, определения групп крови, тканевых и опухолевых антигенов, видовой принадлежности белка, распознавания аллергии и аутоиммунных болезней, беременности, гормональных нарушений, а также в научно-исследовательской работе. Они включают серологические реакции, к которым относят обычно реакции прямого воздействия антигенов и антител сыворотки крови in vitro. В зависимости от механизма серологические реакции можно подразделить на реакции, основанные на феномене агглютинации; реакции, основанные на феномене преципитации; реакции лизиса и реакция нейтрализации.
Реакции, основанные на феномене агглютинации. Агглютинация представляет собой склеивание клеток или отдельных частичек - носителей антигена с помощью иммунной сыворотки к этому антигену. Реакция агглютинации бактерий с использованием соответствующей антибактериальной сыворотки относится к наиболее простым серологическим реакциям. Взвесь бактерий добавляют к различным разведениям испытуемой сыворотки крови и через определенное время контакта при t° 37° регистрируют, при каком наивысшем разведении сыворотки крови происходит агглютинация. Выделяют мелкозернистую и крупнохлопчатую реакции агглютинации. При связывании через Н-антиген бактерий образуются осадок из крупных конъюгатов аг-ат, в виде хлопьев. При контакте с О-аг появляется мелкозернистый осадок. Реакцию агглютинации бактерий используют для диагностики многих инфекционных болезней: бруцеллеза, туляремии, брюшного тифа и паратифов, кишечных инфекций, сыпного тифа.
Реакция пассивной, или непрямой, гемагглютинации (РПГА, РНГА). В ней используют эритроциты или нейтральные синтетические материалы (например, частицы латекса), на поверхности которых сорбированы антигены (бактериальные, вирусные, тканевые) или антитела. Их агглютинация происходит при добавлении соответствующих сывороток или антигенов. Эритроциты, сенсибилизированные антигенами, называют антигенным эритроцитарным диагностикумом и используют для выявления и титрования антител. Эритроциты, сенсибилизированные антителами. называют иммуноглобулиновыми эритроцитарными диагностикумами и применяют для выявления антигенов. Реакцию пассивной гемагглютинации используют для диагностики заболеваний, вызванных бактериями (брюшной тиф и паратифы, дизентерия, бруцеллез, чума, холера и др.), простейшими (малярия) и вирусами (грипп, аденовирусные инфекции, вирусный гепатит В, корь, клещевой энцефалит, крымская геморрагическая лихорадка и др.).
Реакции, основанные на феномене преципитации. Преципитация происходит в результате взаимодействия антител с растворимыми антигенами. Простейшим примером реакции преципитации является образование в пробирке непрозрачной полосы преципитации на границе наслоения антигена на антитело. Широко применяют различные разновидности реакции преципитации в полужидких гелях агара или агарозы (метод двойной иммунодиффузии по Оухтерлони, метод радиальной иммунодиффузии, иммуноэлетрофорез), которые носят одновременно качественный и количественный характер. В результате свободной диффузии в геле антигенов и антител в зоне оптимального их соотношения образуются специфические комплексы- полосы преципитации, которые выявляют визуально или при окрашивании. Особенностью метода является то, что каждая пара антиген- антитело формирует индивидуальную полосу преципитации, и реакция не зависит от наличия в исследуемой системе других антигенов и антител.
1.Поставить ориентировочную реакцию агглютинации на стекле. Для этого на предметное стекло пипеткой наносят каплю диагностической сыворотки и рядом каплю физиологического раствора. В каждую пробу с помощью бактериологической петли вносят небольшое количество бактериальной культуры и эмульгируют. Через 2-4 минуты в положительном случае в пробе с сывороткой появляются хлопья, кроме того капля становится прозрачной. В контрольной пробе капля остается равномерно мутной.
2.Поставить развернутую реакцию агглютинации. Для постановки реакции взять 6 пробирок. Первые 4 пробирки являются опытными, 5 и 6 –контрольными. Во все пробирки кроме 1 вносят 0,5мл физ.раствора. В первых 4 пробирках провести титрование исследуемой сыворотки (1:50; 1:100; 1:200; 1:400). Во все пробирки, кроме 5-й внести 0,5мл антигена. Пробирки встряхнуть и поставить в термостат (37 0 С) на 2 часа, затем оставить пробы в комнатной температуре на 18часов. Учет результатов проводят по следующей схеме:
Полная агглютинация, хорошо выраженный хлопьевидный осадок, надосадочная жидкость прозрачная
Неполная агглютинация, выраженный осадок, надосадочная жидкость слегка мутная
Частичная агглютинация, есть небольшой осадок, жидкость мутная
Частичная агглютинация, осадок слабо выражен, жидкость мутная
Агглютинации нет, осадка нет, жидкость мутная.
3.Ознакомиться с постановкой реакции преципитации при диагностике токсигенного штамма C.diphtheriae.
4. Разобрать схемы прямой и непрямой реакций Кумбса.
Контрольные вопросы
1. Иммунитет, его виды
2. Центральные и периферические органы иммунитета. Функции, строение.
3. Основные клетки, задействованные в иммунных реакциях.
4. Классификация антигенов, свойства антигенов, свойства гаптенов.
5. Антигенное строение бактериальной клетки, вируса.
6. Гуморальный иммунитет: особенности, основные клетки, задействованные в гуморальном иммунитете.
7. В-лимфоциты, строение клетки, фазы созревания и дифференцировки.
8. Т-лимфоциты: строение клетки, фазы созревания и дифференцировки.
9. Трехклеточная кооперация в иммунном ответе.
10. Классификация иммуноглобулинов.
11. Строение иммуноглобулина.
12. Неполные антитела, строение, значение.
13. Реакции иммунитета, классификация.
14. Реакция агглютинации, варианты постановки, диагностическое значение.
15. Реакция Кумбса, схема постановки, диагностическое значение.
16. Реакция преципитации, варианты постановки, диагностическое значение.
1. Одним из определяющих факторов, участвующих в развитии инфекции и соответственно инфекционных заболеваний , является восприимчивый макроорганизм. Совокупность механизмов, определяющих невосприимчивость (устойчивость) организма к действию любого микробного агента, обозначается термином "противомикробная (антимикробная) резистентность". Это одно из проявлений общей физиологической реактивности макроорганизма, его реакции на своеобразный раздражитель - микробный агент.
Противомикробная резистентность сугубо индивидуальна, ее уровень определяется генотипом организма, возрастом, условиями жизни и труда и т. д.
Повышению широкого комплекса факторов неспецифической защиты, в частности, способствуют ранее прикладывание к груди и грудное вскармливание.
По специфичности механизмы противомикробной зашиты делятся :
- на неспецифические - первый уровень защиты от микробных агентов;
-специфические - второй уровень защиты, обеспечиваемый иммунной системой. Реализуется следующим образом:
Через антитела - гуморальный иммунитет; .
Через функцию клеток-эффекторов (Т-киллеров и макрофагов) - клеточный иммунитет.
Первый и второй уровни защиты тесно связаны между собой через макрофаги.
Неспецифические и специфические механизмы противомикробной защиты могут быть тканевыми (связанными с клетками) и гуморальными.
2.Неспецифическая микробная резистентность - это врожденное свойство макриорганизма, обеспечивается передаваемыми по наследству достаточно многочисленными механизмами, которые делятся на следующие типы :
- тканевые;
Гуморальные;
Выделительные (функциональные).
К тканевым механизмам неспецифической естественной противомикробной защиты относятся :
Барьерная функция кожи и слизистых оболочек;
Колонизационная резистентность, обеспечиваемая нормальной микрофлорой;
Воспаление и фагоцитоз (может также участвовать в специфической защите);
Барьерфиксирующая функция лимфоузлов;
Ареактивность клеток;
Функция естественных киллеров.
Первым барьером на пути проникновения микробов во внутреннюю среду организма являются кожа и слизистые оболочки. Здоровая неповрежденная кожа и слизистые для большинства микроорганизмов непроницаемы. Однако некоторые виды возбудителей инфекционных заболеваний способны проходить и через них. Такие возбудители получили название особо опасных, к ним относят возбудителей чумы, туляремии, сибирской язвы, некоторых микозов и вирусных инфекций. Работа с ними проводится в специальных защитных костюмах и только в специально оборудованных лабораториях.
Помимо чисто механической функции, кожа и слизистые оболочки обладают антимикробным действием - нанесенные на кожу бактерии (например, кишечная палочка) довольно быстро погибают. Бактерииидность кожи и слизистых оболочек обеспечивают :
Ее нормальная микрофлора (функция колонизационной рези-стентности);
Секреты потовых (молочная кислота) и сальных (жирные кислоты) желез;
Лизоцим слюны, слезной жидкости и др.
Если возбудитель преодолевает кожно-слизистый барьер, то он попадает в подкожную клетчатку/подслизистый слой, где реализуется один из основных неспецифических тканевых механизмов защиты - воспаление. В результате развития воспаления происходит :
Отграничение очага размножения возбудителя от окружающих тканей;
Его задержка в месте внедрения;
Замедление размножения;
В конечном счете - его гибель и удаление из организма.
3. В ходе развития воспаления реализуется еще один универсальный тканевой механизм неспецифической защиты - фагоцитоз.
Явление фагоцитоза было открыто и изучено великим русским ученым И. И. Мечниковым.
Итогом этих многолетних работ стала фагоцитарная теория иммунитета, за создание которой Мечников был удостоен Нобелевской премии.
Фагоцитарный механизм защиты слагается из нескольких последовательных фаз :
Узнавание;
Аттракция;
Поглощение;
Киллинг;
Внутриклеточное переваривание.
Фагоцитоз со всеми стадиями называется завершенным. Если фазы киллинга и внутриклеточного переваривания не наступают, то фагоцитоз становится незавершенным. При незавершенном фагоцитозе микроорганизмы сохраняются внутри лейкоцитов и вместе с ними разносятся по организму. Таким образом, незавершенный фагоцитоз вместо механизма защиты превращается в его противоположность, помогая микроорганизмам защищаться от воздействия макроорганизма и распространяться в нем.
Тканевые и гуморальные механизмы неспецифической резистентности
1. Барьерная функция лимфатических узлов
2. Прочие тканевые механизмы противомикробной защиты
3. Гуморальные механизмы неспецифической резистентности
1. Если микроорганизмы прорывают воспалительный барьер, т. е. воспаление как механизм неспецифической защиты не срабатывает, то возбудители попадают в лимфатические сосуды, а оттуда в региональные лимфатические узлы . Барьерфиксирующая функция лимфатических узлов реализуется следующим образом:
С одной стороны, региональные лимфатические узлы задерживают микроорганизмы чисто механически;
С другой - в них обеспечивается усиленный фагоцитоз.
2. К тканевым механизмам неспецифической противомикробной защиты относятся также ареактивность клеток и тканей и активность естественных киллеров (NK-клеток), которые проявляют свои свойства, если возбудитель, прорвав лимфатический барьер, попадает в кровь.
3. К гуморальным механизмам естественной неспецифической противомикробной защиты относятся содержащиеся в крови и других жидкостях организма ферментные системы :
Система комплемента (может также участвовать в специфической защите). Комплемент - это неспецифическая ферментная система крови, включающая 9 различных протеиновых фракций, адсорбирующихся в процессе каскадного присоединения на комплексе антиген - антитело, и оказывающая лизирующее действие на связанные антителами клеточные антигены. Комплемент нестабилен, он разрушается при нагревании, хранении, под действием солнечного света;
лизоцим - белок, содержащийся в крови, в слюне, слезной и тканевой жидкости. Он активен в отношении грамположи-тельных бактерий, так как нарушает синтез муреина в клеточной стенке бактерий;
бета-лизины - более активны в отношении грамотрицательных бактерий;
лейкины - протеолитические ферменты, освобождающиеся при разрушении лейкоцитов. Они нарушают целостность поверхностных белков микробных клеток;
интерферон - продукт клеток, обладающий противовирусной и регуляторной активностью;
система пропердина - комплекс белков, обладающих противовирусной, антибактериальной активностью в присутствии солей магния;
эритрин.
К выделительным (функциональным) механизмам неспецифической естественной противомикробнои защиты относятся :
Чихание;
Выделительная функция почек и кишечника;
Лихорадка.
Защита от микроорганизмов - не основная функция этих механизмов, но их вклад в освобождение организма от них достаточно высок.
Все многочисленные вышеперечисленные механизмы естественной неспецифической противомикробнои защиты активны всегда и в отношении любых микробных агентов: активность этих механизмов не становится более выраженной при повторном или неоднократном контакте с микроорганизмами. Этим механизмы неспецифической противомикробнои защиты отличаются от механизмов специфической противомикробнои резистентности, входящих в иммунитет.
Для удобства изучения целесообразно условно разделить все факторы и механизмы естественной резистентности на общие, клеточные (тканевые) и гуморальные.
Среди общих механизмов, играющих важную роль в защите от инфекции, необходимо назвать следующие:
- характер общей реактивности организма. Последняя может быть нормальной, повышенной, пониженной, вплоть до полной ареактивности. Эти особенности в каждом конкретном случае по-разному влияют на восприимчивость к инфекции и развитие инфекционного процесса;
- воспалительная реакция, способствующая ограничению и ликвидации очага инфекции;
- температурная реакция, в ряде случаев инактивирующая возбудителей инфекции. Известно, например, что репродукция некоторых вирусов задерживается при температуре выше 37 °С;
- изменение обмена веществ и pH тканей в сторону, неблагоприятную для возбудителя;
- возбуждение или торможение соответствующих отделов ЦНС;
- секреторная и экскреторная функции организма: выделение микроорганизмов с мочой, мокротой при кашле и т. д.;
- защитное влияние нормальной микрофлоры организма.
Процесс фагоцитоза представляется достаточно сложным и состоит из нескольких фаз. Первая фаза - активное движение фагоцита к чужеродным частицам - хемотаксис, которое осуществляется с помощью псевдоподий, состоящих из гнал оплазмы, в ответ на возбуждение клетки чужеродными агентами (бактерии, простейшие, их продукты, токсины и т. п.). Перед началом движения в клетке отмечается усиление процессов гликолиза. Хемотаксис активизируется компонентами комплемента (СЗ, С5, С6), а также действием лимфокинов, сериновой эстеразы, ионов кальция и магния, продуктов расщепления, коагулированных альбуминов и различных компонентов мембран клетки в воспалительном очаге.
Эти факторы активируют также ферменты лизосом фагоцитов. Лизосомы - это внутриклеточные гранулы, ограниченные цитоплазматической мембраной и содержащие набор ферментов, служащих для внутриклеточного переваривания объектов фагоцитоза. Независимо от лизосомальных ферментов сами фагоцитирующие клетки выделяют наружу ряд веществ ферментной природы, таких как глюкуронидаза, мие- лопероксидаза, кислая фосфатаза, которые инактивируют бактерии уже на поверхности клетки. Вторая фаза - прилипание (аттракция) фагоцитируемой частицы к поверхности фагоцита. После нее начинается третья фаза - поглощение, когда на месте соприкосновения фагоцита с чужеродной частицей образуется фагосома, окружающая объект фагоцитоза, которая втягивается затем внутрь клетки.
Микроорганизмы, находящиеся в фагосоме, погибают под действием бактерицидных веществ клетки (лизоцима, перекиси водорода), а также в результате избытка молочной кислоты и изменений pH, возникающих в фагоците в результате усиления анаэробного гликолиза (pH 6,0). После этого начинается четвертая фаза - переваривание, при которой фагосома с микробами сливается с лизосомой и образуется фаголи- зосома (пищеварительная вакуоль). В ней происходит расщепление фагоцитированного объекта с помощью набора лизосомальных ферментов.
Гуморальные факторы неспецифической резистентности, как показывает само название, содержатся в жидкостях организма (слезы, слюна, грудное молоко, сыворотка крови). К ним в настоящее время относят: комплемент, лизоцим, р-ли- зины, систему пропердина, лейкины, плакины, гистоген, интерферон, нормальные антитела и др. Остановимся на некоторых из них.
Комплемент (от латинского слова complementum - дополнение) - сложный по строению белок, состоящий из 11 компонентов - сывороточных глобулинов, продуцируемых макрофагами печени, селезенки, костного мозга, легких. Это дополнительный литический фактор, участвующий в разрушении чужеродных агентов. Комплемент принято обозначать буквой С, отдельные его компоненты - дополнительно арабскими цифрами (Cl, С2 и т. д.). В сыворотке крови и тканевых жидкостях компоненты комплемента находятся в неактивном состоянии и не связаны друг с другом. Активация системы комплемента начинается после образования иммунного комплекса антиген - антитело. В организме комплемент обладает большим диапазоном биологического действия. Число известных реакций, протекающих с участием комплемента, непрерывно возрастает. Например, компонент СЗ обладает значительными опсонизирующими свойствами, способствуя фагоцитозу бактерий; С5 играет ведущую роль в хемотаксисе и способствует инфильтрации нейтрофилов в очаге воспаления и т. д.
Лизоцим - это фермент, вызываемый также мурамидазой, широко распространен в природе и содержится в клетках и жидкостях разнообразных организмов. Он обнаружен в относительно высоких концентрациях в яичном белке, в сыворотке крови человека, слезной жидкости, слюне, мокроте, секрете носовых полостей и т. д. Антимикробное действие лизоцима связано с его способностью расщеплять гликозифазные связи в молекуле муреина, входящего в состав клеточной стенки микроорганизмов.
Р-Лизины - один из бактерицидных факторов неспецифической резистентности и играет большую роль в естественной защите организма от микробов, р-Лизины найдены в сыворотке крови человека и многих животных, их происхождение связано с тромбоцитами. Губительно они действуют на грамположительные бациллы, в частности антракоиды.
Пропердин представляет особый белок сыворотки у теплокровных животных и человека. Его бактерицидное действие проявляется в комплексе с комплементом и ионами магния.
Лейкины - вещества, выделенные из лейкоцитов, обнаружены в сыворотке крови в незначительных количествах, однако оказывают выраженное бактерицидное действие.
Аналогичные вещества были выделены из тромбоцитов и названы плакинами.
Кроме этих субстанций, в крови и жидкостях организма обнаружены другие вещества, получившие название ингибиторов. Они задерживают рост и развитие микроорганизмов, главным образом вирусов.
Интерферон - низкомолекулярный белок, вырабатываемый клетками тканей с целью подавления репродукции вируса внутри клетки.
Таким образом, гуморальные факторы иммунитета довольно многообразны. В организме они действуют сочетанно, оказывая бактерицидное и ингибирующее действие на различные микробы.
Основные механизмы неспецифической резистентности развиваются постепенно, и показатели, характеризующие их, достигают средней нормы взрослых в разные сроки. Так, суммарная бактерицидная активность сыворотки крови у ребенка первых дней жизни очень низкая, но сравнительно быстро, к концу 2-4-й недели, достигает обычной нормы.
Комплементарная активность в первые дни рождения очень низка. Однако содержание комплемента быстро увеличивается и уже на 2-4-й неделе жизни нередко достигает уровня взрослых. Содержание р-лизинов и пропердина на ранних этапах онтогенеза также снижено, достигая средних норм взрослого к 2-3 годам.
У новорожденных отмечается низкое содержание лизоцима и нормальных антител, которые в основном являются материнскими и поступают в организм ребенка трансплацентарно. Таким образом, можно заключить, что у детей раннего возраста активность гуморальных факторов защиты понижена.
Развитие клеточных механизмов защиты также имеет возрастные особенности. Фагоцитарная реакция у новорожденных детей слабая. Она характеризуется инертностью фазы захвата, которая тем более растянута, чем меньше ребенок. Так, скорость поглощения лейкоцитами бактерий у детей первых б мес жизни в несколько раз меньше, чем у взрослых. Завершенность фагоцитоза менее выражена. Этому способствует и слабая опсонизирующая активность сыворотки крови. Эмбрионы млекопитающих и человека имеют низкую чувствительность (толерантность), к чужеродным веществам, токсинам бактерий. Исключение составляет стафилококковый токсин, к которому очень высоко чувствительны новорожденные дети. Отчасти с этими особенностями связано ослабление воспалительной реакции, которая либо совсем не возникает, либо выражена очень слабо.
Иммунологическая реактивность организма. Антигены. Известны следующие основные формы реакций организма, из которых складывается иммунологическая реактивность: продукция антител, гиперчувствительность немедленного типа, ги- перчувствительностъ замедленного типа, иммунологическая память и иммунологическая толерантность.
Пусковым моментом, включающим систему иммунологических реакций, является встреча организма с веществом антигенной природы - антигеном.
Антигенами по отношению к данному организму являются все те вещества, которые несут признаки генетически чужеродной информации и при введении в организм вызывают развитие специфических иммунологических реакций. Для организма человека в высшей степени чужеродными являются биохимические продукты микробов и вирусов. Необходимым условием антигенности является макромолекулярность. Как правило, вещества с молекулярной массой меньше 3000 не являются антигенами.
Чем крупнее молекулы, тем сильнее, при прочих равных условиях, антигенные свойства вещества.
Антитела. Основу иммунологической реактивности составляет сложный комплекс иммунологических реакций организма, которые до известной степени условно принято делить на реакции клеточные и гуморальные. Как говорят сами термины, в основе клеточных реакций лежит активное реагирование иммунокомпетентных клеток в ответ на антигенное раздражение.
К гуморальным реакциям относятся те, в которых основным фактором служат антитела, циркулирующие в жидких средах организма.
Согласно определению специального комитета ВОЗ, к антителам относятся белки животного происхождения, образуемые в организме позвоночных клетками лимфоидных органов при введении антигенов и обладающие способностью вступать с ними в специфическую связь.
В 1930 г. было установлено, что антитела представляют собой у-глобулины, по своим свойствам идентичные другим глобулинам, но отличающиеся от них способностью специфически соединяться с соответствующим антигеном.
В настоящее время антитела принято называть иммуноглобулинами (Ig). Известно 5 классов иммуноглобулинов: IgM, IgG, IgA, IgE, IgD с молекулярной массой от 150 000 до 900 000.
Как в филогенетическом, так и в онтогенетическом отношении наиболее ранней и менее специализированной формой антител является IgM. У плода и новорожденных синтезируются преимущественно IgM; кроме того, первичный иммунный ответ также начинается с синтеза иммуноглобулинов этого класса. Это наиболее крупномолекулярный глобулин с молекулярной массой 900 000. Благодаря своей макромолекуляр- ности этот глобулин не проходит через плаценту. Общее количество IgM в сыворотке крови здоровых людей составляет 5-10 % от всех иммуноглобулинов. Содержание IgM значительно повышено у новорожденных детей, перенесших внутриутробно инфекцию.
IgG является основным классом иммуноглобулинов и составляет 70 % всех иммуноглобулинов сыворотки крови. Это «стандартное» антитело млекопитающих, молекулярная масса его 150 000, имеет два центра связывания. В более значительных количествах синтезируется на вторичный антигенный стимул, связывает уже не только корпускулярные, но и растворимые антигены, например экзотоксины микробов. Связывающая способность молекул этого иммуноглобулина в тысячи раз сильнее, чем у IgM. Легко проникает через плаценту, участвуя в иммунологической защите плода и новорожденного. Иммуноглобулины G обладают способностью нейтрализовать многие вирусы, бактерии, токсины, оказывают опсонизи- рующее действие на бактерии. Важной особенностью их является более выраженная, чем у IgM, способность соединяться с гаптенами и полугаптенами, что обеспечивает более высокую специфичность соединения антигена с антителом.
IgA составляет 15-20 % от всех глобулинов. Молекулярная масса - 170 000 или 340 000, в зависимости от вида молекулы. Имеет два вида молекул IgA: сывороточный иммуноглобулин является мономером, молекула которого напоминает IgA. Секреторный глобулин представляет собой полимерную молекулу, как бы удвоенный сывороточный IgA. Он отличается от сывороточного иммуноглобулина. Продуцируется плазматическими клетками слизистых оболочек верхних дыхательных путей, мочеполового и желудочно-кишечного тракта. Содержит особый секреторный или транспортный компонент (S или Т), который синтезируется эпителиальными клетками слизистых желез и присоединяется к молекуле IgA в момент ее прохождения через эпителиальные клетки слизистых. Этот компонент обеспечивает проникновение IgA через слизистые оболочки. Он обнаруживается в свободном состоянии в кишечном содержимом, слюне, секрете дыхательных путей и мочеполового тракта. Секреторный IgA оказывает антивирусное и антибактериальное действие на патогенную флору слизистых оболочек. Особенно велика его защитная роль в материнском молоке. Поступая с молоком матери в желудочно- кишечный тракт ребенка, он защищает слизистую оболочку от проникновения патогенных микроорганизмов. Содержание этого глобулина возрастает у кормящих женщин более чем в 5 раз. Устойчивость слизистых оболочек к инфекции во многом определяется содержанием IgA в секретах слизистых оболочек. У лиц со сниженным содержанием IgA наблюдаются частые простудные заболевания.
IgE - белок с молекулярной массой 200 000, содержится в сыворотке крови в незначительных количествах, менее 1 % от всех иммуноглобулинов. Обладает способностью быстро фиксироваться тканями человека, особенно клетками кожи и слизистых оболочек. В больших количествах обнаруживается у лиц, страдающих аллергиями. При этом антитела класса IgE вырабатываются против веществ со слабыми антигенными свойствами, к которым у нормально реагирующих людей антитела не образуются. Эти антитела называются реагинами. В отличие от других антител они не предипитируют специфический антиген, не связывают комплемент, не проходят через плаценту.
IgD имеют молекулярную массу около 200 000. Присутствуют в сыворотке крови в очень незначительных количествах, не превышающих 1 % по отношению ко всем остальным иммуноглобулинам. Их роль в организме недостаточно выяснена.
Синтез иммуноглобулинов в организме осуществляется им- мунокомпетентными клетками лимфоцитарного ряда, которые трансформируются в плазматические клетки. Это высокоспециализированные клеточные элементы, структура которых обеспечивает выполнение их главной функции - синтез больших количеств белка. В секунду клетка может продуцировать 1000-1500 молекул антител.
Нарушения продукции антител могут быть врожденными и приобретенными. В первом случае мы имеем дело с генетически обусловленной врожденной агаммаглобулинемией, которая характеризуется резко пониженным содержанием иммуноглобулинов или их отсутствием. Приобретенная агаммагло- булинемия возникает в результате повреждения какого-либо из звеньев иммунной системы, ответственной за продукцию антител. Это может быть результатом тяжелой болезни, воздействия экстремальных факторов и т. д.
Неспецифическую резистентность макроорганизма обеспечивает фагоцитарная активность микро- и макрофагов.
Фагоцитоз (от греч. phago - ем, cytos - клетка) - наиболее древний механизм резистентности, действующий на всех этапах эволюции животного мира. У простейших организмов он обеспечивает одновременно функции питания (поглощение, переваривание) и защиты клеток. На наиболее высоких стадиях эволюции фагоцитоз тем самым выполняет только защитные функции с помощью дифференцированной системы клеток. Фагоцитоз - процесс активного поглощения клетками организма попадающих в него патогенных живых или убитых микробов и других чужеродных частиц с последующим перевариванием при помощи внутриклеточных ферментов.
Фагоцитирующие клетки подразделяют на две основные категории:
м и к р о ф а г и, или полиморфно-нуклеарные фагоциты (ПМН), и
м а к р о ф а г и, или мононуклеарные фагоциты (МН). Абсолютное большинство фагоцитирующих ПМН составляют нейтрофилы. Среди макрофагов различают подвижные (циркулирующие) и неподвижные (оседлые) клетки. Подвижные макрофаги - это моноциты периферической крови, а неподвижные - макрофаги печени, селезенки, лимфатических узлов, выстилающие стенки мелких сосудов и других органов и тканей.
Одним из основных функциональных элементов микро- и макрофагов являются лизосомы - гранулы диаметром 0,25...0,5 мкм, содержащие большой набор ферментов (кислая фосфатаза, В-глюкоронидаза, миелопероксидаза, коллагеназа, лизоцим и др.) и ряд других веществ (катионные белки, фагоцитин, лактоферрин), способных участвовать в разрушении различных антигенов.
Процесс фагоцитоза включает следующие этапы: хемотаксис и прилипание (адгезия) частиц к поверхности фагоцитов; постепенное погружение (захват) частиц в клетку с последующим отделением части клеточной мембраны и образованием фагосомы; слияние фагосомы с лизосомами; ферментативное переваривание захваченных частиц и удаление оставшихся микробных элементов.
Активность фагоцитоза связана с наличием в сыворотке крови опсонинов. О п с о н и н ы - белки нормальной сыворотки крови, вступающие в соединение с микробами, благодаря чему последние становятся более доступными фагоцитозу. Различают термостабильные и термолабильные опсонины. Первые в основном относятся к иммуноглобулину G, хотя могут способствовать фагоцитозу и опсонины, относящиеся к иммуноглобулинам А и М. К термолабильным опсонинам (разрушаются в течение 20 мин при температуре 56°С) относятся компоненты системы комплемента - С1, С2, СЗ и С4.
Фагоцитоз, при котором происходит гибель фагоцитированного микроба, называют завершенным (совершенным). Фагоцитоз, когда в ряде случаев микробы, находящиеся внутри фагоцитов, не погибают, называют незавершенным.
Последующее развитие фагоцитарной теории внесло поправки в представления И. И. Мечникова о фагоцитозе как универсальном и господствующем механизме защиты от всех существующих инфекций.
Контрольные вопросы и задания. 1. Что такое иммунология? 2. Дайте определение иммунитета. 3. Назовите гуморальные факторы неспецифической защиты. 4. Что такое комплемент? Назовите пути активации комплемента. В чем их особенность? 5. Что такое интерферон? Назовите его основные свойства. 6. Расскажите об ингибиторах, находящихся в сыворотке крови. 7. Что понимают под термином «бактерицидная активность сыворотки крови» (БАС), за счет каких компонентов она проявляется? 8. Что такое фагоцитоз? Назовите фагоцитирующие клетки. 9. В чем отличие завершенного от незавершенного фагоцитоза?
