Микробиология Воробьев. Микробиология и ее развитие общая характеристика микроорганизмов. Биосфера заселена огромным числом живых существ
 Скачать 1.78 Mb.
|
частью полного или конъюгированного антигена. Образующиеся к конъюгату белка с гаптеном 70 000), но альбумин является более сильным антигеном, чем гемоглобин. Это обусловлено различием в валентности указанных белков, т.е. числе содержащихся в них детерминантных групп. Антигенность связывают с жесткой поверхностной структурой детерминант, расположением аминокислот, составляющих полипептидные цепи, особенно их концевые части. Например, желатин многие годы не считался антигеном из-за отсутствия жестких структур на поверхности молекулы, хотя представляет собой белок с большой молекулярной массой. Молекула желатина может "приобрести свойства антигена, если ввести в ее структуру тирозин или другое химическое вещество, придающее жесткость поверхностным структурам. Антигенная детерминанта полисахаридов состоит из нескольких гексозных остатков. Антигенные свойства желатина, гемоглобина и других слабых антигенов можно усилить, адсорбируя их на различных носителях (каолин, активированный уголь, химические полимеры, гидроокись алюминия и др.). Эти вещества повышают иммуноген-ность антигена. Они называются адъювантами (см. главу 9). На иммунный ответ влияет количество поступающего антигена: чем его больше, тем более выражен иммунный ответ. Однако при слишком большой дозе антигена может наступить иммунологическая толерантность, т.е. отсутствие ответа организма на антигенное раздражение. Это явление можно объяснить стимуляцией антигеном субпопуляции супрессорных Т-лимфо-цитов. Важным условием антигенности является растворимость антигена. Кератин . высокомолекулярный белок, но он не может быть представлен в виде коллоидного раствора и не является антигеном. Гаптены из-за небольшой молекулярной массы не фиксируются иммунокомпетентными клетками макроорганизма и не могут вызвать ответную иммунологическую реакцию. Если молекулу гаптена искусственно укрупнить, конъюгировав ее с крупной белковой молекулой, получится полноценный антиген, специфичность которого будет определять гаптен. Белок-носитель при этом может терять свою видовую специфичность, так как детерминанты гаптена расположены на его поверхности и перекрывают его собственные детерминанты. Полугаптены . неорганические радикалы (йод, бром, нит-рофуппа, азот и т. д.), присоединившиеся к белковой молекуле, могут менять иммунологическую специфичность белка. Такие йодированные или бромированные белки вызывают образование антител, специфичных к йоду и брому соответственно, т. е. к тем детерминантам, которые располагаются на поверхности полного антигена. Проантигены . гаптены, которые могут соединяться с собственными белками организма и сенсибилизировать его как аутоантигены. Например, продукты расщепления пенициллина в соединении с белками организма могут быть антигенами. Гетероантигены . общие антигены, встречающиеся у разных видов животных. Впервые этот феномен был отмечен в опытах Дж. Форсмана (1911), который иммунизировал кролика суспензией органов морской свинки. Полученная от кролика сыворотка содержала антитела, вступавшие во взаимодействие не только с белками морской свинки, но и с эритроцитами барана. Оказалось, что полисахариды морской свинки в антигенном отношении одинаковы с полисахаридами эритроцитов барана. Гетероантигены обнаружены у человека и некоторых видов бактерий. Например, возбудитель чумы и эритроциты человека с 0 группой крови имеют общие антигены. В результате имму- нокомпетентные клетки этих людей не реагируют на возбудителя чумы как на чужеродный антиген и не развивают полноценной иммунологической реакции, что нередко приводит к летальному исходу. Аллоантигены (изоантигены) . различные антигены внутри одного вида. В настоящее время в эритроцитах человека обнаружено более 70 антигенов, которые дают около 200 000 сочетаний. Для практического здравоохранения решающее значение имеют группы крови в системе АВО и резус-антиген. Кроме эритроцитарных антигенов, у человека существуют и другие ал-лоантигены, например антигены главного комплекса гистосов- местимости . МНС (Major Histocompatibility Complex). В 6-й паре хромосом человека располагаются трансплантационные антигены HLA (Human Leucocyte Antigens), детерминирующие тканевую совместимость при пересадке тканей и органов. Тканям человека присуща абсолютная индивидуальность, и подобрать донора и реципиента с одинаковым набором тканевых антигенов практически невозможно (исключение . однояйцевые близнецы). Клетки злокачественных опухолей также содержат антигены, отличающиеся от антигенов нормальных клеток, что используется для иммунодиагностики опухолей (см. главу 9). Антигены бактерий, вирусов, грибов, простейших являются полными антигенами. В соответствии с химическим составом, содержанием и качеством белков, липидов, их комплексов анти-генность у разных видов микроорганизмов различна. Поэтому каждый вид представляет собой антигенную мозаику (см. главу 2). Антигены микроорганизмов используют для получения вакцин и диагностических препаратов, а также идентификации и индикации микроорганизмов. В процессе эволюции антигенная структура некоторых микроорганизмов может меняться. Особенно большой изменчивостью антигенной структуры обладают вирусы (гриппа, ВИЧ). Таким образом, антигены, как генетически чужеродные вещества, осуществляют запуск иммунной системы, приведение ее в функционально активное состояние, выражающееся в проявлении тех или иных иммунологических реакций, направленных на устранение неблагоприятного воздействия антигена. 9.9. Антителообразование Природа антител. В ответ на введение антигена иммунная система вырабатывает антитела . белки, способные специфически соединяться с антигеном, вызвавшим их образование, и таким образом участвовать в иммунологических реакциях. Относятся антитела к у-глобулинам, т. е. наименее подвижной в электрическом поле фракции белков сыворотки крови. В организме у- гло-булины вырабатываются особыми клетками . плазмоцитами. Количество у-глобулина в сыворотке крови составляет примерно 30% от всех белков крови (альбуминов, а-, р- глобулинов и др.). В соответствии с Международной классификацией у-глобулины, несущие функции антител, получили название иммуноглобулинов и обозначаются символом Ig. Следовательно, антитела . это иммуноглобулины, вырабатываемые в ответ на введение антигена и способные специфически взаимодействовать с этим же антигеном. Функции антител. Первичная функция антител состоит во вза- имодействии их активных центров с комплементарными им детерминантами антигенов. Вторичная функция антител состоит в их способности: . связывать антиген с целью его нейтрализации и элиминации из организма, т. е. принимать участие в формировании защиты от антигена; . участвовать в распознавании ²чужого⌡ антигена; . обеспечивать кооперацию иммунокомпетентных клеток (макрофагов, Т- и В-лимфоцитов); . участвовать в различных формах иммунного ответа (фагоцитоз, киллерная функция, ГНТ, ГЗТ, иммунологическая толерантность, иммунологическая память). Применение антител в медицине. Вследствие высокой специфичности и большой роли в защитных иммунных реакциях антитела используют для диагностики инфекционных и неинфекционных заболеваний, определения иммунного статуса организма, профилактики и терапии ряда инфекционных и неинфекционных болезней. Для этого существуют соответствующие иммунобиологические препараты, созданные на основе антител и имеющие целевое назначение (см. главу 10). Структура антител. Белки иммуноглобулинов по химическому составу относятся к гликопротеидам, так как состоят из протеина и Сахаров; построены из 18 аминокислот. Имеют видовые отличия, связанные главным образом с набором аминокислот. Молекулярная масса иммуноглобулинов находится в пределах 150.900 кД. Их молекулы имеют цилиндрическую форму, они видны в электронном микроскопе. До 80 % иммуноглобулинов имеют константу седиментации 7S; устойчивы к слабым кислотам, щелочам, нагреванию до 60 .С. Выделить иммуноглобулины из сыворотки крови можно физическими и химическими методами (электрофорез, изоэлектрическое осаждение спиртом и кислотами, высаливание, аффинная хроматография и др.). Эти методы используют в производстве при приготовлении иммунобиологических препаратов. Иммуноглобулины по структуре, антигенным и иммунобиологическим свойствам разделяются на пять классов: IgM, IgG, IgA, IgE, IgD (табл. 9.1). Иммуноглобулины М, G, А имеют подклассы. Например, IgG имеет четыре подкласса (IgG,, IgG2, IgGj, IgG4). Все классы и подклассы различаются по аминокислотной последовательности. Иммуноглобулины человека и животных сходны по строению. Р. Портер и Д. Эдельман установили строение молекулы иммуноглобулинов. По их данным, молекулы иммуноглобулинов всех пяти классов состоят из полипептидных цепей: двух одинаковых тяжелых цепей Н (от англ, heavy . тяжелый) и двух одинако- вых легких цепей . L (от англ, light . легкий), соединенных между собой дисульфидными мостиками (рис. 9.6). Соответственно каждому классу иммуноглобулинов, т.е. М, G, А, Е, D, различают пять типов тяжелых цепей: ц (мю), у (гамма), а (альфа), е (эпсилон) и 5 (дельта), имеющих молекулярную массу в пределах 50.70 кД (содержат 420.700 аминокислотных остатков) и различающихся по антигенносте. Легкие цепи всех пяти классов являются общими и бывают двух типов: к (каппа) и х (ламбда); имеют молекулярную массу 23 кД (214.219 аминокислотных остатков). L-цепи иммуноглобулинов различных классов могут вступать в соединение (рекомбинироваться) как с гомологичными, так и с гетерологичными Н- цепями. Однако в одной и той же молекуле могут быть только идентичные L-цепи (к или А.)- Как в Н-, так и в L-цепях имеется вариабельная . V (от англ-various . разный) область, в которой последовательность аминокислот непостоянна, и константная . С (от англ, constant . постоянный) область с постоянным набором аминокислот. В легких и тяжелых цепях различают NH2- и СООН-концевые группы. При обработке у-глобулина меркаптоэтанолом разрушаются дисульфидные связи и молекула иммуноглобулина распадается на отдельные цепи полипептидов. При воздействии протеолити- ческим ферментом папаином иммуноглобулин расщепляется на три фрагмента: два некристаллизующихся, содержащих детерми-нантные группы к антигену и названных Fab- фрагментами І и II (от англ, fragment antigen binding . фрагменты, связывающие антиген) и один кристаллизующий Fc-фрагмент (от англ, fragment crystal!izable). FabI- и FabII- фрагменты сходны по свойствам и аминокислотному составу и отличаются от Fc-фрагмента; Fab-и Fc-фрагменты являются компактными образованиями, соединенными между собой гибкими участками Н-цепи, благодаря чему молекулы иммуноглобулина имеют гибкую структуру. Как Н-цепи, так и L-цепи имеют отдельные, линейно связанные компактные участки, названные доменами; в Н-цепи их по 4, а в L-цепи . по 2. Активные центры, или детерминанты, которые формируются в V-областях, занимают примерно 2 % поверхности молекулы иммуноглобулина. В каждой молекуле имеются две детерминанты, относящиеся к гипервариабельным участкам Н-и L-цепей, т. е. каждая молекула иммуноглобулина может связать две молекулы антигена. Поэтому антитела являются двухвалентными. Типовой структурой молекулы иммуноглобулина является IgG (см. рис. 9.6). Остальные классы иммуноглобулинов отличаются от IgG дополнительными элементами организации их молекулы (рис. 9.7). Так, IgM представляет собой пентамер, т.е. пять молекул IgG, соединенных полипептидной цепью, обозначаемой буквой J (от англ, joining chain . строение молекулы). IgA бывает обычным, т. е. мономерным, а также ди- и тримерным. Раз- личают IgA сывороточный и секреторный. В последнем молекула соединена с секреторным компонентом (SC), выделяемым эпителиальными клетками, что защищает IgA от разрушения ферментами. IgE обладает высокой цитофильностью, т.е. способностью присоединяться к тучным клеткам и базофилам, в результате чего клетки выделяют гистамин и гистаминоподобные вещества, вызывающие ГНТ. IgD склонен к агрегации, имеет дополнительные дисульфидные связи. В ответ на введение любого антигена могут вырабатываться антитела всех пяти классов. Обычно вначале вырабатывается IgM, затем IgG, остальные . несколько позже. Основную массу сывороточных иммуноглобулинов (70.80 %) составляет IgG; на долю IgA приходится 10- 15 %, IgM . 5.10 %, IgE . 0,002 % и IgD . около 0,2 %. Содержание иммуноглобулинов меняется с возрастом. При некоторых патологических расстройствах наблюдаются отклонения в уровне их содержания в крови. Например, концентрация IgG возрастает при инфекционных болезнях, аутоиммунных расстройствах, снижается при некоторых опухолях, агаммаглобулинемии. Содержание IgM увеличивается при многих инфекционных болезнях, снижается при некоторых имму-нодефицитных состояниях. Синтез антител. Как уже было сказано, иммуноглобулины синтезируются плазмоцитами, которые образуются в результате диф-ференцировки полипотентной стволовой клетки. Плазмоцит синтезирует как неиммунный, так и иммунный у-глобулин. Информацию о специфичности синтезируемого иммуноглобулина плаз-моциты получают от В-лимфоцитов; L- и Н-цепи синтезируются на полирибосомах плазмоцита отдельно и соединяются в единую молекулу перед выделением из клетки. Сборка молекулы иммуноглобулина из Н- и L-цепей происходит очень быстро, в течение 1 мин. Выделение иммуноглобулина из плазмоцита осуществляется путем экзоцитоза или клазматоза, т. е. отпочковы-вания части цитоплазмы с иммуноглобулином. Каждый плазмо-цит синтезирует до 2000 молекул в секунду. Синтезированные антитела поступают в лимфу, кровь, тканевую жидкость. Генетика антител. Иммуноглобулин, как и всякий белок, обладает антигенностью. В молекуле иммуноглобулина различают три типа антигенных детерминант: изотипические, аллотипические и идиотипические. Изотипические детерминанты (изотипы) являются видовыми, т. е. они идентичны для всех особей данного вида (например, человека, кролика, собаки). Аллотипические детерминанты (аллотипы) у одних особей данного вида имеются, у других . отсутствуют, т. е. они являются индивидуальными. Наконец, идиотипические детерминанты (идиоти-пы) присущи только молекулам антител, обладающих определенной специфичностью. Эти детерминантные различия обуслов- лены числом и порядком чередования аминокислот в активном центре молекулы иммуноглобулина. Изотипические детерминанты располагаются в С-части Н- и L-цепей и служат для дифференцировки иммуноглобулинов на классы и подклассы. Аллотипические детерминанты отражают внутривидовые антигенные различия иммуноглобулинов, а идио-типические детерминанты . индивидуальные различия в строении активного центра. Следовательно, имеется огромное разнообразие иммуноглобулинов, различающихся по типу антигенных детерминант. В зависимости от изотипов существует 5 классов и множество подклассов; от аллотипов . только у Н-цепей известно до 20 разновидностей; с учетом идиотипов, т. е. строения активного центра, антитела различаются не только в классах и подклассах, но даже в аллотипах. Этим определяются множественность антител и их специфичность по отношению ко всему многообразию антигенов, существующих в природе. Число вариаций активных центров антител огромно, практически беспредельно, так как оно определяется числом Н- и L-цепей, их вариантами (аллотипами) и особенно идиотипическим разнообразием активных центров. Такое различие закреплено генетически и осуществляется в процессе формирования активных центров в зависимости от специфичности активного центра антигена. Иммуноглобулиновая молекула кодируется тремя группами генов. Одна группа кодирует Н-цепь любого класса, другая . L-цепь к-типа и третья . L-цепь Я-типа. Благодаря постоянным мутациям генов, мутациям клонов им-мунокомпетентных клеток, главным образом лимфоцитов, практически на введение любого антигена могут последовать реакция образования специфического антитела и размножение того клона лимфоцитов, который синтезирует антитела, комплементарные антигену. Следует подчеркнуть, что одна плазматическая клетка вырабатывает антитела только одной специфичности. Следовательно, в организме должно существовать множество клонов иммунокомпетентных клеток. Окончательно механизм синтеза и передачи по наследству способности выработки огромного количества специфических антител буквально к любому из многочисленных антигенов неясен. Наиболее полно этот механизм объясняют клонально-селекционная теория Ф. Бернета и теория С. Тонегавы. Динамика антителообразования. Способность к образованию антител появляется во внутриутробном периоде у 20-недельного эмбриона; после рождения начинается собственная продукция иммуноглобулинов, которая увеличивается до наступления зрелого возраста и несколько снижается к старости. Динамика образования антител имеет различный характер в зависимости от силы антигенного воздействия (дозы антигена), частоты воздей- ствия антигена, состояния организма и его иммунной системы. При первичном и повторном введении антигена динамика антителообразования также различна и протекает в несколько стадий (рис. 9.8). Выделяют латентную, логарифмическую, стационарную фазу и фазу снижения. В латентной фазе происходят переработка и представление антигена иммунокомпетентным клеткам, размножение клона клеток, специализированного на выработку антител к данному антигену, начинается синтез антител. В этот период антитела в крови не обнаруживаются. Во время логарифмической фазы синтезированные антитела высвобождаются из плазмоцитов и поступают в лимфу и кровь. В стационарной фазе количество антител достигает максимума и стабилизируется, затем наступает фаза снижения уровня антител. При первичном введении антигена (первичный иммунный ответ) латентная фаза составляет 3.5 сут, логарифмическая . 7. 15 сут, стационарная . 15.30 сут и фаза снижения . 1.6 мес и более. Особенностью первичного иммунного ответа является то, что первоначально синтезируется IgM, а затем IgG. В отличие от первичного иммунного ответа при вторичном введении антигена (вторичный иммунный ответ) латентный период укорочен до нескольких часов или 1.2 сут, логарифми- ' ческая фаза характеризуется быстрым нарастанием и значитель- ] но более высоким уровнем антител, который в последующих фазах длительно удерживается и медленно, иногда в течение нескольких лет, снижается. При вторичном иммунном ответе в отличие от первичного синтезируются главным образом IgG. Такое различие динамики антителообразования при первичном и вторичном иммунном ответе объясняется тем, что после первичного введения антигена в иммунной системе формируется клон лимфоцитов, несущих иммунологическую память о данном антигене. После повторной встречи с этим же антигеном клон лимфоцитов с иммунологической памятью быстро размножается и интенсивно включает процесс антителогенеза. Очень быстрое и энергичное антителообразование при повторной встрече с антигеном используется в практических целях при необходимости получения высоких титров антител при производстве диагностических и лечебных сывороток от иммунизированных животных, а также для экстренного создания иммунитета при вакцинации. Виды антител. Помимо полноценных антител, обладающих специфичностью и активным участием в реакциях иммунной защиты, выделяют нормальные, или естественные, антитела и неполные антитела. К нормальным относят антитела, обнаруживаемые у людей или животных, не подвергавшихся какой-либо иммунизации. Их роль в защите не совсем ясна. К неполным антителам относятся иммуноглобулины с одним активным центром (валентностью). Эти антитела неполноценны, так как, соединяясь с антигеном, они не могут агрегировать частицы в конгломераты. У неполных антител второй центр имеется, однако он экранирован или имеет малую авидность. Для выявления неполных антител используют реакцию Кумбса. После иммунизации, даже монодетерминантным антигеном, в пуле иммуноглобулинов, синтезируемых совокупностью клеток, содержатся антитела, различающиеся между собой, т. е. сыворотки содержат поликлональные антитела. Эта гетерогенность антител обусловлена тем, что каждый плазмоцит вырабатывает только один тип, вид, класс, подкласс антител. Следовательно, каждая клетка или ее потомство, клон вырабатывают свой тип антител, получивших название моноклопальных. Принципиально моноклональные антитела можно получить искусственно, культивируя каждую антителопродуцирующую клетку, т. е. получая моноклональную культуру клеток. Однако практически это трудно осуществимо. Поэтому гибридную клетку получают путем слияния иммунного антителопродуцирующего В-лимфоци-та, т. е. лимфоцита, взятого от иммунного животного и раковой миеломной клетки. Такая гибридома приобретает свойства ро- дительских клеток, т. е. хорошо размножается на искусственных питательных средах (как и миеломная клетка) и вырабатывает антитела, специфичные для данного В-лимфоцита. Впервые гибридомы, продуцирующие моноклональные антитела, получили Д. Келлер и Ц. Мильштейн (1975). Моноклональные антитела нашли широкое применение при создании диагностических и лечебных препаратов, а также при проведении различных исследований. Способы промышленного получения моноклональных антител описаны в главе 6. В последние годы открыт еще один вид антител . абзимы. Это антитела-катализаторы, способные в несколько тысяч раз ускорять биохимические реакции, воздействуя на промежуточные вещества реакции. Механизм их действия изучается. 9.10. Иммунологическая память Иммунологической памятью называют способность организма при повторной встрече с одним и тем же антигеном реагировать [более активным и более быстрым формированием иммунитета, т. е. реагировать по типу вторичного иммунного ответа. Повышенная чувствительность, или иммунореактивность, к антигену сохраняется при этом годами и даже десятилетиями. Иммунологическая память распространяется как на гуморальный (выработка антител), так и клеточный иммунитет. ГЗТ, трансплантационный иммунитет и другие формы иммунитета, связанные в основном с функцией лимфоцитов, ²запоминаются⌡ в не меньшей мере. Следовательно, иммунологическая память обусловлена деятельностью В-лимфоцитов (гуморальный иммунитет) и Т-лимфоцитов (клеточный иммунитет). Известно, что в популяции этих клеток имеются ²клетки памяти⌡, сохраняющие многие годы способность реагировать на повторное введение антигена, так как вырабатывают рецепторы к этому антигену. Видимо, ведущая роль в сохранении иммунологической памяти используется в практике вакцинации людей. Это делают в тех случаях, когда необходимо создать высокий уровень иммунитета и поддерживать его длительное время на этом уровне. Осуществляют это 2.3-кратными прививками при первичной вакцинации и периодическими повторными прививками . ревакцинациями. Например, против дифтерии прививают ребенка на втором году жизни, затем в детском саду, школе, армии, т. е. прививки проводят с интервалами в 5.7 лет. Ревакцинацию применяют также по противоэпидемическим показаниям, когда необходимо быстро создать коллективный иммунитет среди ранее прививавшихся людей (например, при дифтерии, брюшном тифе, чуме и других инфекциях). 9.11. Иммунологическая толерантность Иммунологическая толерантность . явление противоположное иммунологической памяти. В этом случае в ответ на повторное введение антигена организм вместо энергичной быстрой выработки иммунитета проявляет ареактивность, не отвечает иммунной реакцией, т. е. толерантен к антигену. Толерантность специфична, так как проявляется только к тому антигену, с которым организм уже встречался; она может быть полной или частичной, вырабатываться только к одной какой-либо (отсутствие выработки антител или ГНТ и т. д.) или ко всем иммунным реакциям. Толерантность бывает врожденная (естественная) и приобретенная. Примером врожденной толерантности является отсутствие реакции иммунной системы на свои собственные антигены. Приобретенную толерантность можно создать, вводя в организм вещества, подавляющие иммунитет, т. е. иммунодепрессанты, а также если вводить аллогенный антиген во время эмбрионального периода или в первые дни после рождения животного или человека. Иммунологическая толерантность открыта в 1953 г. чешским ученым М. Гашеком и английским ученым П. Медаваром, которые показали, что при введении антигена эмбриону мыши родившееся животное оказывается нечувствительным к данному антигену. Впоследствии было установлено, что на развитие толерантности влияют возраст, степень чужеродности антигена для данного организма, доза антигена, длительность пребывания его в организме. Антигены, вызывающие толерантность, называют тол еро ге нами . Ими могут быть практически все антигены, однако наибольшей толерогенностью обладают полисахаридные антигены, так как они в меньшей степени метаболизируются в организме. Низкомолекулярные антигены обладают большей толерогенностью, чем высокомолекулярные антигены. В эксперименте толерантность возникает через несколько дней, а иногда часов после введения антигена-толерогена и, как правило, не сопровождается выработкой антител. Механизм толерантности многообразен. Отсутствие иммунной реакции на антиген может быть обусловлено следующими причинами: . функциональными изменениями Т- и В-лимфоцитов, например активацией Т-супрессоров, подавляющих иммунитет, или блокадой рецепторов Т- и В-лимфоцитов, воспринимающих антиген; . быстрым связыванием антигена антителами и выведением его из организма; . в случае толерантности к собственным антигенам может играть роль элиминация из организма клонов лимфоцитов, реагирующих на собственные антигены. Следовательно, в основе толерантности лежат или обычные нормальные механизмы функционирования иммунной системы (Т-супрессия, реакция антиген . антитело), или причины, созданные в экспериментальных условиях (блокада рецепторов, подавление эффекторных клеток). Таким образом, любые процессы, приводящие к подавлению иммунитета, способствуют возникновению толерантности. Поддержание толерантности требует присутствия антигена в организме путем или длительной его персистенции, или повторного введения. При отсутствии антигена толерантность может быть ослаблена или утрачена. Можно искусственно отменить, т. е. устранить, толерантность приемами, активирующими иммунитет или устраняющими действие антигена (введение антител, связывающих антиген; введение нормальных лимфоидных клеток; иммунизация модифицированными антигенами, активация лимфоцитов адъювантами и т. д.). Явление иммунологической толерантности используется для решения важных проблем медицины, таких как пересадка органов и тканей, подавление аутоиммунных реакций, аллергий и других состояний, связанных с иммунодепрессией. 9.12. Аллергия (гиперчувствительность немедленного и замедленного типов) Сущность аллергии. В отличие от иммунологических реакций на введение антигена, выражающихся в антителообразовании, клеточных защитных реакциях, толерантности, существует особый тип реагирования на антиген, связанный с повышенной чувствительностью (гиперчувствительностью), или гиперергией, к антигену, что сопровождается, как правило, патологической реакцией. Эту необычную, иную форму реагирования на антиген называют аллергией (от греч. allos . другой и ergon . действие), и изучает его самостоятельная дисциплина . аллергология. Антигены, вызывающие аллергические реакции, называют аллергенами. Понятие ²аллергия⌡ впервые ввел французский ученый К. Пирке (1906), который аллергию понимал как измененную чувствительность организма к чужеродному веществу при повторном контакте с этим веществом. При этом к аллергии он относил как повышенную, так и пониженную чувствительность к антигену. В настоящее время к аллергии относят повышенную чувствительность, точнее говоря, качественно измененную реакцию организма на чужеродное вещество. Типы аллергических реакций. Обычно к аллергическим реакциям относят два типа реагирования на чужеродное вещество: гиперчувствительность немедленного типа (ГНТ) и гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ). К ГНТ относятся аллергические реакции, проявляющиеся уже через 20.30 мин после повторной встречи с антигеном, а к ГЗТ . реакции, возникающие через 6.8 ч и позже. Механизм и клинические проявления ГНТ и ГЗТ различны. ГНТ связана с выработкой антител, а ГЗТ - с клеточными реакциями. ГНТ впервые описана в 1902.1905 гг. французскими исследователями Ш. Рише и Ж. Портье и русским ученым Г. П. Сахаровым, которые показали, что на повторное введение антигена у животных может возникать стереотипно протекающая патологическая реакция, иногда заканчивающаяся смертью. Впоследствии было установлено, что эта реакция возникает при образовании комплекса антиген . антитело и действии этого комплекса на чувствительные клетки. ГНТ проявляется в нескольких клинических формах: анафилаксии, атонических болезнях, сывороточной болезни, феномене Артюса и болезнях иммунных комплексов. ГЗТ впервые описана Р. Кохом (1890). Эта форма проявления не связана с антителами, опосредована клеточными механизмами с участием Т-лимфоцитов. К ГЗТ относятся следующие формы проявления: туберкулиновая реакция, замедленная аллергия к белкам, контактная аллергия. В настоящее время придерживаются классификации аллергических реакций по Джеллу и Кумбсу, выделяя 5 типов. I, II, III типы реакций связаны с антителами и их комплексами. К этим типам реакций относят IgE-опосредованные реакции, цитоток-сические реакции, реакции иммунных комплексов. IV тип реакции опосредован лимфоидными клетками, главным образом Т- лимфоцитами. Он соответствует ГЗТ. V тип реакции . иммунные реакции, осуществляющие активацию или ингибирование физиологических функций клеток, обусловлены действием антител к рецепторам клеток, например гормонов щитовидной железы. В той или иной степени эти 5 типов аллергических реакций укладываются в понятие о реакциях . ГНТ и ГЗТ. Ниже будут описаны основные проявления аллергических реакций, возникающих при повторном контакте с антигеном. 9.12.1. Реакции IgE-опосредованные и аналогичные (тип I) 9.12.1.1. Анафилаксия Анафилаксия (от греч. ana . обратный, filaxis . защита) представляет собой реакцию немедленного типа, возникающую при парентеральном повторном введении антигена в ответ на повреж- дающее действие комплекса антиген . антитело и характеризующуюся стереотипно протекающей клинической и морфологической картиной. Основную роль в анафилаксии играет цитотропный IgE, имеющий сродство к клеткам, в частности базофилам и тучным клеткам. После первого контакта организма с антигеном образуется IgE, который вследствие цитотропности адсорбируется на поверхности названных выше клеток. При повторном попадании в организм этого же антигена IgE связывает антиген с образованием на мембране клеток комплекса IgE . антиген. Комплекс повреждает клетки, которые в ответ на это выделяют медиаторы . гистамин и гистаминоподобные вещества (серотонин, кинин). Эти медиаторы связываются рецепторами, имеющимися на поверхности функциональных мышечных, секреторных, слизистых и других клеток, вызывая их соответствующие реакции. Это ведет к сокращению гладкой мускулатуры бронхов, кишечника, мочевого пузыря, повышению проницаемости сосудов и другим функциональным и морфологическим изменениям, которые сопровождаются клиническим проявлением. Клинически анафилаксия проявляется в виде одышки, удушья, слабости, беспокойства, судорог, непроизвольного мочеиспускания, дефекации и др. Анафилактическая реакция протекает в три фазы: в 1-й фазе происходит сама реакция антиген -- антитело; во 2-й фазе выделяются медиаторы анафилактической реакции; в 3-й фазе проявляются функциональные изменения. Анафилактическая реакция возникает спустя несколько минут или часов после повторного введения антигена. Протекает в виде анафилактического шока или как местные проявления. Интенсивность реакции зависит от дозы антигена, количества образующихся антител, вида животного и может закончиться выздоровлением или смертью. Анафилаксию легко можно вызвать в эксперименте на животных. Оптимальной моделью для воспроизведения анафилаксии является морская свинка. Анафилаксия может возникать на введение любого антигена любым способом (подкожно, через дыхательные пути, пищеварительный тракт) при условии, что антиген вызывает образование иммуноглобулинов. Доза антигена, вызывающая сенсибилизацию, т. е. повышенную чувствительность, называется сенсибилизирующей. Она обычно очень мала, так как большие дозы могут вызвать не сенсибилизацию, а развитие иммунной защиты. Доза антигена, введенная уже сенсибилизированному к нему животному и вызывающая проявление анафилаксии, называется разрешающей. Разрешающая доза должна быть значительно больше, чем сенсибилизирующая. Состояние сенсибилизации после встречи с антигеном сохраняется месяцами, иногда годами; интенсивность сенсибилизации можно искусственно уменьшить введением малых разрешающих доз антигена, которые связывают и выводят из циркуляции в организме часть антител. Этот принцип был использован для десенсибилизации (гипосенсибилизации), т.е. предупреждения анафилактического шока при повторных введениях антигена. Впервые способ десенсибилизации предложил русский ученый А. Безредка (1907), поэтому он называется способом Безредки. Способ состоит в том, что человеку, ранее получавшему какой-либо антигенный препарат (вакцину, сыворотку, антибиотики, препараты крови и др.), при повторном введении (при наличии у него повышенной чувствительности к препарату) вначале вводят небольшую дозу (0,01; 0,1 мл), а затем, через 1.1'/2 ч, -основную. Таким приемом пользуются во всех клиниках для избежания развития анафилактического шока; этот прием является обязательным. Возможен пассивный перенос анафилаксии с антителами. 9.12.1.2. Атопии К атопическим болезням (от греч. atopia . странность) относят бронхиальную астму, аллергический насморк, аллергические дерматиты, уртикарии, детскую экзему, а также алиментарные (пищевые) и лекарственные аллергии. Атопические болезни имеют, как правило, местный характер. Механизм связан с образованием атопических антител в ответ на длительное воздействие неполноценных антигенов . гаптенов. Считают, что имеется генетическая предрасположенность к атопиям . повышенная способность клеток адсорбировать гаптены или вырабатывать IgE. Для лечения атопических болезней применяют принцип десенсибилизации (гипосенсибилизации), заключающийся в многократном введении того антигена, который вызвал сенсибилизацию. Механизм десенсибилизирующей терапии обусловлен снижением уровня IgE, увеличением числа Т-супрессоров, уменьшением числа Т-хелперов и В- лимфоцитов . продуцентов IgE, Для профилактики атопических болезней необходимо выявить и исключить контакты с аллергеном. 9.12.2. Цитотоксические реакции (тип II) К аллергическим реакциям II типа относятся реакции, вызванные образованием антител к поверхностным структурам собственных клеток крови и тканей (печени, почки, сердца, мозга и т. д.). Образующиеся в результате аутоиммунизации антитела к компонентам собственных клеток связываются с мембранами этих л г>п клеток и вызывают их повреждение. Возникают аллергические поражения печени, сердца, почек и т.д. Механизм этих реакций достаточно сложен и связан с цитолизом, вызванным активацией комплемента, фагоцитозом и антителозависимой клеточной цитотоксичностью. 9.12.3. Реакции иммунных комплексов (тип III) Образование в организме иммунных комплексов (ИК), состоящих из многочисленных антигенов и антител, является физиологической реакцией. В норме иммунные комплексы быстро фагоцитируются и разрушаются. Однако при определенных условиях они вызывают патологические реакции. Такими условиями могут быть превышение скорости образования ИК над скоростью их элиминации из организма; образование неэлиминируемых И К; дефицит комплемента, участвующего в элиминации ИК; дефект фагоцитарной системы. Образование иммунных комплексов может быть причиной многих болезней, так как ИК вызывают изменение активности определенных клеток (нейтро-филы, макрофаги), активацию компонентов плазмы (комплемент, система свертывания крови) или подавляют иммунные механизмы. Выделяют несколько групп болезней, связанных с образованием ИК: А. заболевания, вызванные экзогенным антигеном. К ним относят сывороточную болезнь, вызываемую белковыми антигенами, и болезни типа феномена Артюса (например, аллергический альвеолит); А аутоиммунные заболевания, вызываемые эндогенными антигенами: системная красная волчанка, ревматоидный артрит, зоб (тиреоидит) Хасимото, гепатит и др.; А инфекционные болезни, сопровождающиеся активным образованием ИК, что вызывает реакцию типа сывороточной болезни или подавление иммунной клеточной реакции; А опухоли с образованием ИК, что приводит иногда к нарушению механизмов иммунорегуляции и служит прогностическим признаком усиления опухолевого процесса. При пересадках органов и тканей часто отмечается повышение уровня циркулирующих ИК. Профилактика заболеваний, вызванных ИК, состоит в исключении или ограничении контакта с антигеном. Для лечения применяют противовоспалительные средства и кортикостероиды. Им- муносупрессивная терапия не всегда полезна. 9.12.3.1. Сывороточная болезнь Сывороточной болезнью называют реакцию, возникающую при разовом парентеральном введении больших доз сывороточных и других белковых препаратов. Обычно реакция возникает спустя 10.15 сут. Механизм сывороточной болезни связан с образованием антител против введенного чужеродного белка (антигена) и повреждающим действием на клетки комплексов антиген . антитело. Клинически сывороточная болезнь проявляется отеком кожи и слизистых оболочек, повышением температуры тела, при-пуханием суставов, сыпью и зудом кожи; наблюдаются изменения в крови (увеличение СОЭ, лейкоцитоз и др.). Сроки проявления и тяжесть сывороточной болезни зависят от содержания циркулирующих антител и дозы препарата. Это объясняется тем, что ко 2-й неделе после введения белков сыворотки вырабатываются антитела к белкам сыворотки и образуется комплекс антиген . антитело. Профилактика сывороточной болезни осуществляется по способу Безредки. 9.12.4. Реакции, опосредованные Т-клетками (тип IV) В отличие от реакций I, II и III типов реакции IV типа не связаны с антителами, а обусловлены клеточными реакциями, прежде всего Т-лимфоцитами. Реакции ГУ типа относятся к ГЗТ, так как развиваются не ранее чем через 24.48 ч после повторного контакта с антигеном. Реакции замедленного типа могут возникать при сенсибилизации организма: А микроорганизмами и микробными антигенами (бактериальными, грибковыми, протозойними, вирусными); А гельминтами; А природными и искусственно синтезированными гаптенами (лекарственные препараты, красители); А некоторыми белками. Следовательно, реакция замедленного типа может вызываться практически всеми антигенами. Но наиболее ярко она проявляется на введение полисахаридов, низкомолекулярных пептидов, т. е. малоиммуногенных антигенов. При этом реакцию вызывают малые дозы антигенов и лучше всего при внутрикож-ном введении. Механизм аллергической реакции этого типа состоит в сенсибилизации Т-лимфоцитов-хелперов антигеном. Сенсибилизация лимфоцитов вызывает выделение медиаторов, в частности ин- терлейкина-2, которые активируют макрофаги и тем самым вовлекают их в процесс разрушения антигена, вызвавшего сенси- билизацию лимфоцитов. Цитотоксичность проявляют также и сами Т-лимфоциты. О роли лимфоцитов в возникновении аллергий клеточного типа свидетельствуют возможность передачи аллергии от сенсибилизированного животного несенсибилизированному с помощью введения лимфоцитов, а также подавление реакции при помощи антилимфоцитарной сыворотки. Морфологическая картина при аллергиях клеточного типа носит воспалительный характер, обусловленный реакцией лимфоцитов и макрофагов на образующийся комплекс антигена с сенсибилизированными лимфоцитами. Аллергические реакции клеточного типа проявляются в виде туберкулиновой реакции, замедленной аллергии к белкам, контактной аллергии. Туберкулиновая реакция возникает через 5.6 ч после внут-рикожного введения сенсибилизированным туберкулезной палочкой животным или человеку туберкулина, т. е. антигенов туберкулезной палочки. Выражается реакция в виде покраснения, припухлости, уплотнения на месте введения туберкулина. Сопровождается иногда повышением температуры тела, лимфопенией. Развитие реакции достигает максимума через 24.48 ч. Туберкулиновая реакция используется с диагностической целью для выявления заболеваний туберкулезом или контактов организма с туберкулезной палочкой. Замедленная аллергия возникает при сенсибилизации малыми дозами белковых антигенов с адъювантом, а также конъю-гатами белков с гаптенами. В этих случаях аллергическая реакция возникает не раньше чем через 5 дней и длится 2.3 нед. Видимо, здесь играют роль замедленное действие конъюгирован-ных белков на лимфоидную ткань и сенсибилизация Т- лимфо- цитов. Контактная аллергия возникает, если антигенами являются низкомолекулярные органические и неорганические вещества, которые в организме соединяются с белками, образуя конъюга-ты. Конъюгированные соединения, выполняя роль гаптенов, вызывают сенсибилизацию. Контактная аллергия может возникать при длительном контакте с химическими веществами, в том числе фармацевтическими препаратами, красками, косметическими препаратами (губная помада, краска для ресниц). Проявляется контактная аллергия в виде всевозможных дерматитов, т. е. поражений поверхностных слоев кожи. 9.13. Особенности иммунитета при некоторых инфекционных и неинфекционных болезнях Иммунный процесс протекает по единой схеме и состоит иі нескольких этапов. Первый этап . попадание антигена извне или образование его внутри организма. Второй этап . распознавание антигена как генетически чужеродного вещества, т. е. отличие ²своего⌡ от ²чужого⌡. Третий этап . включение комплекса защитных реакций специфического и неспецифического характера. Четвертый этап . обезвреживание, элиминация антигена и приобретение организмом нового иммунного состояния (невосприимчивость, толерантность, иммунологическая память, аллергия). Эти стадии являются непременными компонентами иммунного процесса при воздействии на организм любых антигенов . бактериальных, вирусных, тканевых, опухолевых, растительных, трансплантационных и др. Однако антиген может включать не все, а лишь отдельные системы или факторы иммунитета, причем один из них может быть ведущим. Такой механизм в работе иммунной системы выработался эволюционно, рассчитан на разнообразие ²мира⌡ антигенов, путей воздействия их на биологические процессы и клетки-мишени, но конечная цель этого механизма - обеспечение постоянства внутренней среды и сохранение устойчивости жизненно важных процессов в организме. С этих позиций и необходимо рассматривать особенности противовирусного, противоопухолевого и трансплантационного видов иммунитета. 9.13.1. Противовирусный иммунитет Неспецифическая противовирусная резистентность связана с отсутствием в клетках организма рецепторов и условий, необходимых для размножения вирусов, наличием неспецифических сывороточных ингибиторов нуклеаз в крови. Препятствуют размножению вирусов также повышенная температура тела и увеличенная кислотность среды. Особенности противовирусного иммунитета обусловлены тем, что вирусы являются внутриклеточными облигатными паразитами. Они размножаются в клетках за счет их ресурсов. |