Введение в иммунологию

1.Предмет и задачи иммунологии.

Иммунология (immunis свободный, избавленный от чего-либо logos учение) -– медико-биологическая наука, изучающая реакции организма на чужеродные структуры, механизмы этих реакций, их проявление, течение и исход в норме и патологии, разрабатывающая методы исследования и лечения, основанные на этих реакциях.

Предмет изучения иммунологии:1. Строение иммунной системы. 2. Закономерности и механизмы развития иммунных реакций. 3. Механизмы контроля и регуляции иммунных реакций. 4. Болезни иммунной системы и ее дисфункции. 5. Условия и закономерности развития иммунопатологических реакций и способы их коррекций. 6. Иммунологические проблемы репродукции. 7. Иммунологические проблемы трансплантации органов и тканей.8. Онкоиммунология.

Задачи иммунологии:

1. Изучение иммунной системы человека и животных; 2. Изучение роли ИС в патогенезе инфекционных и неинфекционных заболеваний 3. Разработка унифицированных и информативных методов оценки иммунного статуса. 4. Разработка новых высокоэффективных иммуноактивных препаратов и оптимальных схем их применения.

2.  История иммунологии. Задачи и перспективы современной иммунологии.

1000 г до н.э. первые инокуляции содержимого оспенных папул втирали в кожу здоровым людям с целью их защиты от острой формы заболевания.

1546 год – ДжираламоФракасторо книга «Зараза» - теория приобретенного иммунитета.1701 год – Вариоляция (прививание от оспы). 1796 год – Дженнер вакцинировал 8-летнего мальчика1798 год – Публикация результатов исследований. Разработал врачебную технику оспопрививания. Основоположником современной научной иммунологии является Луи Пастер. В 1881г. он сообщил, что куры при заражении ослабленным возбудителем холеры кур становятся невосприимчивы к вирулентным культурам. На основании этого он сформулировал основной принцип защиты от возбудителя любой инфекционной болезни: организм после встречи с ослабленным возбудителем становится невосприимчив к вирулентным микробам того же вида. Л. Пастер в честь Дженнера назвал ослабленные культуры возбудителей инфекционных болезней вакцинами (от лат. vacca - корова). Пастером были изготовлены вакцины против сибирской язвы, бешенства, рожи свиней и др. Большой вклад в развитие иммунологии внес И. И. Мечников. В 1883г. он открыл фагоцитоз и ввел понятие «клеточный иммунитет». В 1898г. Эрлих создал теорию гуморального иммунитета. В 1908г. Мечникову и Эрлиху была присуждена Нобелевская премия за выдаю- щиеся открытия по иммунитету. В 1900г. К. Ландштейнер открыл группы крови (А, В, О) у человека. В 1962г. Ж. Миллер установил роль тимуса как первичного лимфоидного органа. В 1975г. Ц. Мильстейн и Д. Кехлер предложили методику получения моноклональных антител. Крупнейшим достижением в иммунологии явилось выделение двух клеточных популяций в иммунном ответе Т- и В-лимфоцитов. Основные задачи иммунологии: Изучение закономерностей формирования устойчивости организма к инфекцион- ным болезням (иммунитет). Разработка и совершенствование методов серологической и аллергической диагно- стики инфекционных болезней. Разработка и применение биопрепаратов (вакцин, иммунных сывороток, гаммаглобулинов для специфической профилактики и лечения инфекционных болезней животных).

Исторические этапы взаимодействия человека с инфекцией: 1 этап характеризовался повсеместным распространением «моровых» болезней.2 этап 19 век. Осознание сущности заразных болезней. Открытие инфекционных штаммов, понятие инфекционного процесса.3 этап активная борьба с инфекциями. Луи Пастер создал аттенуированные вакцины против бешенства и сибирской язвы. Мечников – обосновал теорию иммунитета. 1902 год – дано понятие анафилаксии и аллергии, открытие группы крови, открыты онковирусы. Обузданы эпидемии чумы, холеры, брюшного и сыпного тифов. Ликвидирована натуральная оспа. Снизилось количества «детских» болезней. Открытие прионов как нового класса инфекционных заболеваний. Проблемы 21 века: Туберкулез, корь, краснуха, эндемический паротит

Новые инфекции: ВИЧ, болезнь Лайма, эрлихиозы, легионеллез, энтерогеморрагические эшерихиозы, Вирусные лихорадки Ласса, Эбола, Марбург. Кампилобактериоз, Гепатиты Е, С, D, F,G. Х-инфекции – заболевания, которые еще неизвестны, но будут диагностированы.

Задачи и перспективы развития иммунологии:1. Создание систем управления иммунным процессом, обеспечивающих резистентность организма к биологическим, экологическим, медицинским и другим негативным воздействиям.

2. Разработка программ и моделей формирования резистентности организма к неблагоприятным условиям с учетом возраста, профессии и других факторов;

3. Решение задачи тотальной эффективной иммунопрофилактики всех социально значимых инфекций, в том числе ВИЧ-инфекции, вирусных гепатитов и других социально значимых инфекционных болезней;

4. Разработка иммунологических и иммуногенетических способов профилактики и лечения злокачественных новообразований;

5.Расшифровка антигенов комплекса гистосовместимости, а также способов индукции толерантности, что создаст возможность для более широкого внедрения трансплантации органов и тканей;

6.Профилактика и лечение иммунологических конфликтов между матерью и плодом на всех стадиях репродукции;

7. Разработка эффективных способов генотерапии врожденных иммунодефицитов и профилактики вторичных иммунодефицитов различной этиологии

3. Физиологические защитные системы организма. Виды иммунитета. Иммунная система

К физиологическим защитным системам организма относят естественные барьеры: кожа, слизистые оболочки; температура тела, гормональный баланс, чихание, выделение токсических продуктов с мочой и калом.Тонкий слой эпителиальный клеток. Выстилающий поверхность кожи, является тем барьером, который практически непроницаем для микроорганизмов. Кожа покрыта многослойным плоским эпителием, в котором различают 2 слоя: роговой и базальный. На поверхности кератиноцитов отсутствуют рецепторы для адгезивных молекул микроорганизмов. Здоровая кожа обладает высокой способностью к самоочищению. На этом принципе основаны методы бактерицидной функции кожи. Слизистые оболочки (сальные и потовые железы, мерцательный эпителий слизистых, слизь, слюна, слезы, кислоеPH желудка, пищеварительные ферменты). Нормальная микрофлора организма человека – способность продуцировать бактериоцины.

Иммунитет – защита организма от генетически чужеродных веществ экзогенного или эндогенного происхождения с целью сохранения и поддержания гомеостаза, структурной и функциональной целостности организма, также биологический индивидуальности и видовых различий. Виды иммунитета:1. Врожденный иммунитет - иммунитет обусловлен анатомическими, физиологическими, клеточными или молекулярными особенностями, закрепленными наследственно.2. Приобретенный иммунитет – формируется при взаимодействии клеток иммунной системы с антигенами. Бывает: А. Активным -  иммунитет возникает после перенесенного заболевания или после введения вакцины. Б.Пассивным -  иммунитет развивается при введении в организм готовых антител в виде сывороткиили передаче их новорожденному смолозивомматери или внутриутробным способом. Также приобретённый иммунитет может быть:А. Антимикробным (Стерильный – возбудителя нет в организме, Нестерильный – возбудитель находится в организме) Б. Антитоксическим (Стерильный, Нестерильный).

 Иммунная система объединяет органы и ткани, в которых происходит образование и взаимодействие центральных клеток иммунной системы – лимфоцитов, выполняющих функцию распознавания генетически чужеродных субстанций (антигенов) и осуществляющих специфическую реакцию.

Центральные органы иммунной системы.

Тимус – лимфоэпителиальный орган, который расположен в переднем верхнем средостении за грудиной, над сердцем. Эпителиальные клетки тимуса продуцируют цитокины: интерлейкин ИЛ-1,3,6,7, лейкоцит ингибирующий фактор (LIF), гранулоцитарно-моноцитарноколониестимулирующий фактор (GM-CSF), гормоны (тимулин, тимопоэтин, тимозин). В тимусе широко представлены клетки костномозгового происхождения – это Т-лимфоциты, дендритные клетки и макрофаги. Зрелые Т-клетки покидают тимус и заселяют вторичные лимфоидные органы. Для тимуса характерно явление возрастной инволюции. Функции: образование Т-лимфоцитов, их селекция, регуляции пролиферации и дифференцировки в периферических лимфоидных органах благодаря гормону тимозину. Кроме того, тимус выделяет в кровь ряд биологически активных веществ – инсулиноподобный фактор, кальцийтонинподобный фактор, снижающий концентрацию кальция в крови и фактор роста.

ККМ – в постэмбриональной фазе поставляет все клетки-предшественники для различных популяций лимфоцитов и макрофагов. Красный костный мозг заполняет губчатое вещество плоских и трубчатых костей, имеет темно-красный цвет и полужидкую консистенцию. Он содержит гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) и диффероны гемопоэтических клеток. Гемопоэз в костном мозге охватывает все типы клеток, циркулирующих в крови.

Периферические органы иммунной системы.

Селезенка – принимает участие в процессе депонирования крови и организации защитных реакций организма от антигенов, элиминации отживших или поврежденных эритроцитов, тромбоцитов. В структуре селезенки различают белую и красную пульпы.

Белая пульпа - лимфоидная ткань, разбросанная в виде узелков или шаровых скоплений среди красной пульпы. В белой пульпе различают тимусзависимые (заселяются Т-лимфоцитами) и тимуснезависимые (заселяются В-лимфоцитами) области.

В тимусзависимых зонах происходит образование лимфобластов, в тимуснезависимых – пролиферация.

Лимфатические узлы – шарообразные или почковидные узлы, располагающиеся по ходу лимфатических сосудов. Они представляют собой органы лимфоцитопоэза, иммунной защиты и депонирования лимфы, протекающей через узел. В лимфатическом узле различают корковый и мозговой слои. В корковом слое супкапсульной (внешней) зоне происходит концентрации В-лимфоцитов. Паракортикальная (внутренняя) зона - место концентрации Т-клеток (тимусзависимая зона). Т-лимфоциты этой зоны - иммунологически зрелые клетки, с выраженной цитотоксической функцией. Мозговое вещество представлено слабо упакованными лимфоцитами, плазмоцитами, свободными макрофагами и ретикулярными клетками стромы.

Иммунную защиту дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта и мочеполовых путей осуществляют расположенные под эпителием скопления лимфоидной ткани, которые не заключены в соединительнотканную капсулу.

4. Функциональная организация иммунной системы. Филогенез и онтогенез иммунной системы.

В фетальной печени и кровяных островках желточного мешка на 3–8-й неделе эмбриогенеза появляются первые стволовые клетки. Наибольшее значение печень имеет для развития, созревания и дифференцировки В-клеток.

Костный мозг закладывается на 4–5-й неделе эмбриогенеза и с этого времени выполняет все функции центрального органа иммунитета.

Тимус формируется в области 3–4-го глоточных карманов. Его закладка происходит на 4–5-й неделе. К 6-й неделе тимус характеризуется эпителиальной структурой, на 7–8-й — заселяется лимфоцитами, а к концу 12-й недели его формирование завершается.

Селезенка также закладывается на 5–6-й неделе.

На 5–6-й неделе происходит закладка лимфатических узлов и других вторичных лимфоидных органов. На 9–14-й неделе закладываются миндалины. Закладка лимфоидных образований происходит под эпителием пищеварительной трубки в виде скопления эпителия, трансформирующегося в ретикулярную ткань. Окончательное формирование первичных и вторичных лимфоидных органов заканчивается в постнатальном периоде.

Филогенез защитных систем начинается с развития первичных механизмов распознавания чужеродных химических структур у примитивных организмов, как одного из способов поддержания гомеостаза. Это свойство основано на «внутриклеточном пищеварении» (по И.И. Мечникову) и заключается в неспособности их ферментов к разборке чужеродных структур до метаболически усвояемых единиц и в связи с этим выделении таких веществ. На низшем уровне данное свойство развито до первичного поверхностного распознавания и в совокупности с первичным механизмом неспецифического отторжения «несвоего» отражает исходный конституционально-фагоцитарный потенциал защиты. Фагоцитарная система в принципе тоже остается неизменной. Некоторые же новые функции фагоцитов (в частности, участие в антибактериальной защите и переработке) основываются на исходном «внутриклеточном пищеварении».Наблюдаемые с продвижением вверх по филогенетической лестнице прогрессивные тенденции заключаются главным образом в усложнении на очередном уровне того или иного элемента иммунной системы.Механизмы клеточного иммунитета в филогенезе закладываются значительно раньше гуморального, на менее совершенном уровне межклеточных поверхностных контактов, распознаваний и взаимодействий. Таким образом, наиболее древними являются конституциональная и фагоцитарная системы, Т-система иммунитета занимает промежуточное положение, а В-система, самая поздняя, присуща только высшему уровню организации и отличается более совершенными механизмами стимуляции, регуляции и функционирования.

5. Антигены: виды, свойства.

Антигены(от лат. anti — против, genos — род) – генетически чужеродные вещества, которые при введении во внутреннюю среду организма способны вызывать иммунный ответ в виде образования антител или иммунных Т-лимфоцитов и взаимодействовать с ними. Основные свойства антигена — иммуногенность и специфичность. Антигенами являются структурные и химические элементы клеток и продукты их метаболизма.

Антигенами называют чужеродные для организма вещества коллоидной структуры, которые при попадании в его внутреннюю среду способны вызывать ответную специфическую иммунологическую реакцию, проявляющуюся, в частности, в образовании специфических антител, появлении сенсибилизированных лимфоцитов или в возникновении состояния толерантности к этому веществу.

Вещества, являющиеся антигенами, должны быть чужеродны для организма, макромолекулярны, находиться в коллоидном состоянии, поступать в организм парентерально, т.е. минуя желудочно-кишечный тракт, в котором обычно происходит расщепление вещества и потеря его чужеродности. Под чужеродностью антигенов следует понимать определенную степень химического различия между антигеном и макромолекулами организма, во внутреннюю среду которого, но попадает.

Антигенные свойства связаны с величиной молекулярной массы макромолекулы. Чем выше молекулярная масса вещества, тем выше его антигенность. Вместе с тем неверно считать, что высокая молекулярная масса является обязательным свойством антигена. Так, глюкогон, вазопрессин – ангиотензин также обладают антигенными свойствами.

Принято различать полноценные антигены, неполноценные антигены (гаптены) и полугаптены.

Полноценными антигенами называют такие, которые вызывают образование антител или сенсибилизацию лимфоцитов и способны реагировать с ними как в организме, так и в лабораторных реакциях. Свойствами полноценных антигенов обладают белки, полисахариды, высокомолекулярные нуклеиновые кислоты и комплексные соединения этих веществ.

Неполноценные антигены, или гаптены, сами по себе не способны вызывать образование антител или сенсибилизацию лимфоцитов. Это свойство появляется лишь при добавлении к ним полноценных антигенов («проводников»), а среди образующихся антител или сенсибилизированных лимфоцитов часть специфична к «проводнику», а часть – к гаптену.

Полугаптенами называют сравнительно простые вещества, которые при поступлении во внутреннюю среду организма могут химически соединяться с белками этого организма и придавать им свойства антигенов. К этим веществам могут принадлежать и некоторые лекарственные препараты (йод, бром, антипирин и др.).

Молекула антигена состоит из двух неравных частей. Активная (малая часть) с носит название антигенной детерминанты (эпитоп) и определяет антигенную специфичность. Антигенные детерминанты расположены в тех местах молекулы антигена, которые находятся в наибольшей связи с микроокружением. В белковой молекуле, например, они могут располагаться не только на концах полипептидной цепи, но и в других ее частях. Антигенные детерминанты содержат в своем составе по крайней мере три аминокислоты с жесткой структурой (тирозин, триптофан, фенилаланин). Специфичность антигена связана также с порядком чередования аминокислот полипептидной цепи и комбинацией их положений по отношению друг к другу. Количество антигенных детерминант у молекулы антигена определяет его валентность. Она тем выше, чем больше относительная молекулярная масса молекулы антигена.

Остальная (неактивная) часть молекулы антигена, как полагают, играет роль носителя детерминанты и способствует проникновению антигена во внутреннюю среду организма, его пиноцитозу или фагоцитозу, клеточной реакции на проникновение антигена, образование медиаторов межклеточного взаимодействия в иммунном ответе (Т-лимфоциты имеют рецепторы к носителю, В- к антигенной детерминанте).

Соответственно анатомическим структурам бактериальной клетки различают Н-антигены (жгутиковые, если бактерия их имеет), К-антигены ( располагаются на поверхности клеточной сткнки), О-антигены (связан с клеточной стенкой бактерий), антигены экскретируемые бактериями в окружающую их среду (белки-экзотоксины, полисахариды капсул).

Среди многочисленных антигенов микробной клетки различают такие, которые присущи только данному типу микробов (типовые антигены), данному виду (видовые антигены), а также общие для группы (семейства) микроорганизмов (групповые антигены).

Таким образом, бактериальная клетка (как и микроорганизмы других царств микробов – вирусы, простейшие, грибки) представляют собой сложный комплекс многочисленных антигенов. При ее попадании во внутреннюю среду макроорганизма на многие из этих антигенов будут образовываться свои специфические антитела. Одни антигены индуцируют образование едва заметного количества антител (титр), другие – быстрое и значительное антителообразование. Соответственно этому различают «слабые» и «сильные» антигены.

Не все антигены бактериальной клетки в равной степени участвуют в индукции невосприимчивости (иммунитета) к повторному попаданию в макроорганизм патогенных микробов того же вида. Способность антигена индуцировать иммунитет называют иммуногенностью, а такой антиген – иммуногеном. Установлено также, что определенные антигены некоторых микроорганизмов могут вызывать развитие различных типов гиперчувствительности (аллергии). Такие антигены называют аллергенами.

По структуре вирусной чстицы различают несколько групп антигенов: ядерные, капсидные и суперкапсидные. Антигенный состав вириона зависит от строения самой вирусной частицы. Антигенная специфичность простоорганизованных вирусов связана с рибо- и дезоксинуклеопротеинами. У сложноорганизованных вирусов часть антигена связана с нуклеокапсидом, а другая локализуется во внешней оболочке – суперкапсиде.

Иммуногенность— способность индуцировать иммунный ответ.

Специфичность— способность антигена вступать в реакции взаимодействия со специфичными к нему антителами или активированными (примированными) лимфоцитами, что приводит к нейтрализации этого антигена.

Иммуногенность определяется:

Чужеродностью, т.е. вещество должно распознаваться иммунной системой как «не свое». При этом чем меньше выражено генетическое родство между организмом и вводимым веществом, тем лучшим иммуногеном оно является;

Молекулярной массой, которая должна быть не менее 5—10 кД. Чем больше молекулярная масса антигена, тем сильнее будет иммунный ответ;

Химической природой. Антигены могут быть белками, полисахаридами, полипептидами, фосфолипидами, нуклеиновыми кислотами и др.

В зависимости от химической природы и молекулярной массы антигены могут быть полными и неполными

( гаптены).

Полные антигены(иммуногены) индуцируют специфический иммунный ответ и вступают в реакции взаимодействия с антителами и активированными Т-лимфоцитами. Это высокомолекулярные вещества — белки, полисахариды, гликопротеины, липополисахариды, липопротеины, нуклеопротеины и корпускулярные формы (микроорганизмы, чужеродные клетки и др.). Антигены могут быть экзогеными или эндогенными. Эндогенные АГ - собственные клетки организма с измененным геномом и образуемые ими продукты (аутоантигены).

Гаптены— это простые химические соединения малой молекулярной массы: дисахара, липиды, пептиды, нуклеиновые кислоты и др. Они не обладают иммуногенностью, но имеют высокий уровень специфичности при взаимодействии с продуктами иммунного ответа (антителами и Т-лимфоцитами). Если гаптен соединить с белком, он приобретает свойство иммуногенности (т. е. становится полным). Специфичность этого комплекса определяется гаптеном

Полугаптеныобразуются при соединении неорганических веществ (йод, бром, азот и др.) с белком. Такие комплексы могут вызывать образование антител, специфичных к неорганическим соединениям.

Проантигены являются аллергенами-гаптенами или неантигенными веществами (сульфаниламиды, антибиотики, фенолфталеин и др.). При соединении с белками макроорганизма они способны вызывать состояние сенсибилизации и развитие аллергических реакций.