Проникновение возбудителя в организм индуцирует появление специфических защитных реакций, которые в совокупности называются иммунным ответом. Появление иммунного ответа обеспечивается иммунной системой, которая представляет собой совокупность лимфоидных органов и клеток: вилочковая, или зобная железа (тимус), селезенка, лимфатические узлы, лимфоциты костного мозга и периферической крови.
Главные компоненты иммунной системы - лимфоциты и их потомство. Они способны распознавать чужеродный антиген и реагировать на его присутствие специфическим иммунным ответом. Это может выражаться в синтезе антител, формировании иммунологической памяти, гиперчувствительности и др. Форма иммунного ответа определяется дифференцировкой иммунологических клеток и их межклеточными кооперациями (контактами).
К иммунокомпетентным клеткам относятся Т- и В-лимфоциты и клетки-макрофаги. Предшественниками Т- и В-лимфоцитов являются стволовые лимфоидные клетки костного мозга (рис. 15.2). Одни из них мигрируют в тимус и преобразуются в Т-лимфоциты (от «тимус»), другие - в бурсу (сумка Фабрициуса у птиц) или ее аналог у млекопитающих и созревают в В-лимфоциты (название от слова «бурса»). Т- и В-лимфоциты, прошедшие дифференцировку, заселяют лимфоидные органы, в которых происходит их пролиферация. Т-лимфоциты превращаются в сенсибилизированные (эффекторные) лимфоциты, а В-лимфоциты - в клоны плазматических клеток, продуцирующих антитела. Т- и В- лимфоциты снабжены специфическими рецепторами, благодаря которым они узнают и фиксируют соответствующие антигены. На поверхности В-клеток рецепторами являются иммуноглобулины - антитела. Специфические к ним антигены могут стимулировать эти клетки к делению и последующему образованию антител.
Т-клетки не несут антител, природа их рецепторов неизвестна, но они участвуют в антителообразовании в качестве помощников В-лимфоцитов. Эту функцию выполняет популяция клеток-хелперов (от англ, help - помогать). Взаимодействие Т- и В-лимфоцитов совместно с макрофагами обеспечивают все виды иммунного ответа организма на антиген.
В контакт с антигеном первыми вступают макрофаги. Они превращают его в форму, доступную для Т- и В-лимфоцитов. При этом большая часть антигена гидролизуется. Оставшаяся часть, несущая детерминанту специфичности, соединяется с поверхност-
ной мембраной макрофага и выполняет свои антигенные функции иммуногенеза.
Рис. 15.2. Схема образования лимфоцитов В- и Т-типа путем дифференцировки стволовых клеток (Дж. Уитсон, 1878)
Система В-лимфоцитов обеспечивает гуморальный иммунитет против большинства бактериальных инфекций. Система Т-лимфо- цитов играет ведущую роль в клеточном иммунитете. Т-лимфоциты выступают как «атакующие» агенты. Вступая в реакцию с чужеродными клетками, они погибают, освобождая при этом лимфоциты, которые обеспечивают уничтожение чужеродного вещества путем привлечения макрофагов. Клеточный иммунитет, наряду с образованием антител, играет важную роль в поддержании гомеостаза организма и имеет первостепенное значение в защите его от некоторых грибковых, бактериальных и вирусных инфекций.
Иммунологическая память. В процессе иммунного ответа происходит формирование иммунологической памяти. Клетками памяти служат Т- и В-лимфоциты. После взаимодействия с антигеном часть Т- и В-клеток сенсибилизируется. Они могут длительное время находиться в лимфоидной ткани, сохраняя в памяти специфичность контактировавшего с ними антигена. На повторное введение того же антигена даже через многие годы они обеспечивают вторичный иммунный ответ, выражающийся в интенсивном образовании антител.
Таким образом, все формы иммунного ответа (иммунологических реакций) индуцируются веществами, получившими название антигенов.
Антигены (от греч. anti -против, genos - род) - генетически чужеродные для организма сложные органические вещества, на введение которых организм отвечает образованием антител или другой формой иммунного ответа.
Антигенные свойства присущи микробам и их токсинам, белкам различного происхождения, некоторым полисахаридам и другим органическим веществам (липиды, нуклеиновые кислоты) в смеси с белками.
Антигены характеризуются двумя функциональными особенностями: способностью вызывать образование в организме специфических антител и способностью вступать с ними в определенные реакции - реакции иммунитета. Такие антигены называются полноценными.
Известен ряд веществ лишь с одной антигенной функцией. Они вступают в реакции с уже образовавшимися антителами.
Самостоятельно вызывать образование антител эти вещества не могут, но при смешивании с белком приобретают эту способность. Например, при иммунизации кролика липидами антитела не образуются. Если же липиды смешать с белком и ввести кролику, то произойдет образование антител и к белкам и к липидам. Такие антигены получили название неполноценных, или гаптенов. К ним относятся липиды, углеводы и другие более простые химические вещества.
Однако не все углеводы являются гаптенами. Изучение полисахаридов, выделенных из капсулы пневмококков, показало, что они могут не только реагировать с готовыми антителами, но и индуцировать образование антител у мышей и человека. Но в то же время у кроликов под действием данных полисахаридов антитела не образуются. Возможно, причиной этого является наличие в тканях кролика ферментов, разрушающих полисахариды пневмококков.
Основными условиями, определяющими антигенные свойства веществ, являются следующие:
- гетерогенность, т. е. чужеродность для иммунизированного животного. Белки, близкие по химическому строению и выполняющие одни и те же функции, что и белки иммунизируемого животного (гемоглобин, инсулин), обладают слабыми антигенными свойствами;
- макромолекул яр ность - антиген должен иметь молекулы сложного строения с молекулярным весом не менее 10 000. Такой белок, как желатина, из-за простоты строения оказывает слабое антигенное действие;
- коллоидность и растворимость - антигены должны образовывать коллоидные растворы. Кристаллические и денатурированные вещества не являются антигенами.
Всеми свойствами, характерными для полноценных антигенов, обладают белки. Антигены строго специфичны, что обусловлено особенностями структуры белковой молекулы. Природные антигены состоят из двух компонентов. Один из них - высокомолекулярный белок, определяющий коллоидную природу антигена и антигенные функции. Второй, как полагают, представляет собой аминокислотные остатки, располагающиеся в определенной конфигурации на глобулярной поверхности белка и
являющиеся детерминантными группами специфичности. На поверхности антигена их бывает несколько. Считают, что детер- минантная группа антигена индуцирует образование антител, поэтому они обладают специфичностью или родством к данному антигену. Детерминантная группа может быть отделена от белкового носителя, тогда она функционирует как гаптен. Изменяя детерминантную группу, можно менять видовую специфичность антигена.
Антигены часто образуются непосредственно в самом организме без постороннего их введения. Они называются аутоантигейами. Ткани почек, печени, хрусталик глаза при их повреждении микроорганизмами или другими агентами продуцируют аутоантигенные макромолекулы, чуждые для данного организма. В ответ на их появление организм вырабатывает соответствующие антитела - аутоантитела. Наличие аутоантител вызывает в организме патологические процессы. С аутоиммунизацией связано развитие таких заболеваний, как ревматизм, ревмокардит, красная волчанка. Например, ревмокардит развивается в результате образования антител к собственной сердечной мышце. Мышечная атрофия связана с образованием антител против белков скелетной мускулатуры.
Под влиянием физических и химических факторов антигены снижают или полностью утрачивают свою активность. Это связано с денатурацией и коагуляцией белка.
Антитела - специфические гамма-глобулины, образующиеся в макроорганизме под влиянием антигенов и выполняющие защитные функции. Образование антител имеет место при инфекционных заболеваниях и при искусственной иммунизации организма микроорганизмами, токсинами или другими антигенами. Такие антитела, которые появляются в ответ на введение антигена, называются иммунными антителами, в отличие от нормальных антител, встречающихся в сыворотке крови человека и животных, не перенесших инфекции и не подвергавшихся иммунизации.
Иммунные антитела, или иммуноглобулины, представляют собой гетерогенную группу белков, которые по своим физикохимическим свойствам подразделяются на пять классов : IgG, IgM, IgA, IgE, IgD (Ig - иммуноглобулин).
IgG - составляют основную массу (около 80 %) сывороточных иммуноглобулинов. Характерная особенность их - высокая скорость связывания с бактериальными и вирусными антигенами, способность проникать через плаценту в организм плода.
IgM - первыми появляются в сыворотке крови после иммунизации и первыми синтезируются в организме плода. По активности во много раз превышают IgG, так как содержат около 10 активных центров.
IgA - подразделяются на два вида: IgA - сывороточный и
IgAS - секреторный. Они различаются по физико-химическим свойствам, месту синтеза и функциям. Секреторный вырабатывается лимфоидными клетками ротовой полости, кишечника, респираторных и мочевыделительных путей, содержит секреторный компонент и выполняет защитную функцию при кишечных и респираторных инфекциях, обладает отчетливой бактерицидностью. Сывороточные IgA нейтрализуют микробы и их токсины только в крови.
IgE или реагины - кожно-сенсибилизирующие антитела, играют важную роль в развитии аллергических реакций немедленного типа (бронхиальная астма, аллергический насморк).
IgD - функции полностью не изучены. Считают, что они обусловливают некоторые аутоаллергические поражения при заболеваниях щитовидной железы.
Важнейшее свойство антител - это их специфичность. Антитела вступают в реакции только с теми антигенами, которые вызвали их образование. Специфичность антител определяется третичной структурой белковой молекулы, главным образом, конфигурацией концевых участков полипептидных цепей. На концевых участках находятся активные центры, с которыми взаимодействуют антигены. При наличии одного центра антитело называется моновалентным, нескольких - поливалентным. Поливалентность антител позволяет им одновременно реагировать с несколькими гомологичными антигенами, образуя крупные конгломераты.
В отношении образования антитела общее признание получила клонально-селекционная теория Бернета. Согласно этой теории в организме существует (до контакта с антигеном) большой набор дифференцированных В-лимфоцитов. Появление антигена и связывание его с антителом, находящимся на мембране соответствующего В-лимфоцита, стимулирует рост и размножение этого лимфоцита. Образуется клон (группа идентичных клеток, происходящих от одной клетки) более крупных плазматических клеток, которые активно синтезируют и выделяют соответствующие антитела. Каждый клон этих клеток способен образовать только какой-нибудь один тип антител, так как при дифференцировке В- клеток в каждой из них активизируется только один набор генов, детерминирующих синтез иммуноглобулинов.
Образование антител - самостоятельный процесс, не зависящий от синтеза нормальных глобулинов.