Краткое введение в иммунологию

А.В. Полевщиков, д.б.н., профессор.

Иммунология — наука о защитных реакциях организма, наука об иммунитете. Рождение иммунологии как науки связывают с 1880 г., когда французский ученый Луи Пастер провел первые опыты с возбудителем куриной холеры. Он установил, что прививка птицам ослабленного или убитого возбудителя полностью защищала их в дальнейшем от живого микроба. Именно это наблюдение и дало название всему явлению невосприимчивости организма к возбудителю, образовавшейся в результате предварительной встречи с ослабленным или убитым микробом — явлению иммунитета. Огромный вклад в становление иммунологии как науки внесли лауреаты Нобелевской премии (1908 г.) И.И. Мечников, обосновавший роль фагоцитирующих клеток в защитных реакциях, и П.Эрлих, доказавший огромную роль молекул антител в формировании иммунитета.

Все защитные реакции организма принято разделять на реакции врожденного и приобретенного иммунитета. Только действуя совместно, они способны обеспечить эффективную защиту внутренней среды организма, его слизистых и кожных покровов от вирусов и бактерий. Если реакции приобретенного иммунитета обусловлены генетически, формируются еще до рождения, то реакции врожденного иммунитета требуют созревания основных клеток, вовлеченных в иммунные реакции — лимфоцитов. Поэтому реакции врожденного иммунитета протекают по одному и тому же сценарию в случае всех вирусов, бактерий и других микроорганизмов, вторгающихся во внутреннюю среду, и не приводят к формированию иммунологической памяти. Реакции приобретенного иммунитета, напротив, направлены против конкретного возбудителя, максимально учитывают его биологию и приводят к формированию иммунологической памяти, лежащей в основе всего явления иммунитета. Именно по причине более тонкой организации и регуляции приобретенный иммунитет не только отвечает за защиту организма от бактерий, вирусов и грибов, но и обеспечивает уничтожение мутантных (опухолевых) клеток и регулирует восстановление поврежденных тканей.

Основная работа по защите организма от внешней агрессии вирусов и бактерий ложится на реакции врожденного иммунитета, которые очень эффективно справляются со своей функцией. Только в случаях преодоления микробами механизмов врожденного иммунитета происходит подключение механизмов приобретенного иммунитета, на которые ложатся в основном контрольные, надзорные функции. Более сложная организация и тонкая регуляция приобретенного иммунитета повышает вероятность ошибок приобретенного иммунитета. К числу таких ошибок относятся аллергические реакции, ставшие очень распространенным явлениям в последние 50 лет.

Как врожденный, так и приобретенный иммунитет опираются на клеточные и гуморальные (т.е. молекулярные, передающиеся через жидкость) механизмы, которые обобщены в Таблице. Но все гуморальные факторы вырабатываются как раз клетками, осуществляющими защитные реакции, поэтому противопоставлять клеточные и гуморальные факторы нельзя, они действуют очень согласованно.

Таблица

Основные механизмы врожденного и приобретенного иммунитета

Типичным примером реакции врожденного иммунитета является ответ организма на любое повреждение кожных покровов, например, на занозу. Уже через несколько секунд или минут после проникновения занозы развиваются местное покраснение кожи, ее припухлость, к которым через короткое время добавляются местное повышение температуры и боль. Все эти события отражают реакцию лейкоцитов крови на повреждение тканей занозой, на проникновение в организм на поверхности занозы многочисленных микробов. Покраснение поврежденного участка и его отек связаны с накоплением около занозы лейкоцитов крови, осуществляющих реакции врожденного иммунитета. Главным способом уничтожения попавших микробов становится реакция фагоцитоза, которая, с одной стороны, обеспечивает уничтожение микробов, а с другой — сигнализирует клеткам приобретенного иммунитета о попадании микробов внутрь организма. При проникновении под кожу большого количества микробов или их высокой опасности для организма результатом развития врожденного иммунитета станет местное нагноение, при котором часть лейкоцитов крови (нейтрофилы) быстро разрушаются в очаге воспаления, выделяют ферменты своих лизосом и антибактериальные гуморальные факторы, обеспечивающие гибель бактерий, самих лейкоцитов и даже повреждение части прилежащих тканей. При этом существенно, что постоянный контакт с бактериями, компонентами их клеточных стенок и другими бактериальными продуктами совершенно необходим для нормальной работы систем как врожденного, так и приобретенного иммунитета. Живущие в стерильных (безмикробных) условиях экспериментальные животные очень быстро погибают при попадании в реальную окружающую среду, так как их иммунная система лишена совершенно необходимой бактериальной нагрузки. Бактериальные продукты стимулируют фагоцитарную функцию лейкоцитов крови, усиливая тем самым иммунный ответ и последующую репарацию тканей.

Если врожденный иммунитет не имеет своих органов, то приобретенный иммунитет формирует специальные органы, составляющие лимфоидную (иммунную) систему. При этом в центральных органах иммунной системы происходит размножение и обучение новых клеток, а в периферических органах иммунной системы происходит развитие иммунного ответа — основы явления иммунитета. К центральным органам приобретенного иммунитета относятся тимус (он же вилочковая или зобная железа, там развиваются новые Т-лимфоциты) и красный костный мозг (там формируются новые В-лимфоциты, как, впрочем, и все клетки врожденного иммунитета). К периферическим органам приобретенного иммунитета относятся большие и маленькие скопления лимфоцитов в организме, к ним относятся лимфатические узлы, некоторые участки селезенки, скопления лимфоцитов по ходе кишечника, дыхательных и моче-половых путей, а также кожи. Таких скоплений в организме человека насчитывается не менее 2000, что обеспечивает постоянный и широкий контроль за появлением микробов и мутантных клеток в организме. Строго говоря, эти периферические лимфоидные органы играют роль фильтров, в которых проходят очистку от проникших микробов и их молекул разные биологические жидкости. Так, лимфа проходит очистку в лимфатических узлах, кровь – в селезенке, а скопления Т- и В-лимфоцитов по ходу покровов и слизистых оболочек встречают и призваны уничтожить микробов и вирусов еще до их проникновения во внутреннюю среду организма.

После проникновения микроба или вируса в организм в результате взаимодействия лимфоцитов развивается иммунный ответ. В результате этого ответа Т-лимфоциты уничтожают клетки, в которые проник вирус, или помогают В-лимфоцитам в запуске синтеза молекул антител (иммуноглобулинов), направленных против бактерий. Следовательно, Т-клетки принимают участие как в клеточном (противовирусном), так и гуморальном (направленном против бактерий) путях иммунного ответа, они регулируют все реакции приобретенного иммунитета. Именно по этой причине столь тяжелые для организма последствия имеет инфицирование вирусом иммунодефицита человека (вирус ВИЧ), который поражает именно Т-лимфоциты. Через несколько месяцев или лет после проникновения вируса ВИЧ в кровь большинство Т-лимфоцитов гибнет, что нарушает взаимодействие клеток сначала в реакциях приобретенного, а затем и врожденного иммунитета и делает человека беззащитным перед любой инфекцией. Результатом становится развитие синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД).

После иммунного ответа, завершающегося уничтожением всех инфицированных вирусом клеток или проникших бактерий, в организме остаются молекулы антител, направленные против бактерий, а также Т- и В- лимфоциты иммунологической памяти, которые обеспечивают ускоренный иммунный ответ на вирус или микроб при их повторном проникновении в организм. Эти факторы и являются носителями состояния иммунитета, т.е. невосприимчивости организма к повторному инфицированию. Они формируются даже после введения ослабленного или убитого микроорганизма, на чем основано защитное действие прививок (например, против полиомиелита, дифтерии, кори, столбняка и т.д.).

Иногда предварительная прививка по тем или иным причинам невозможна, и незащищенный человек может быть инфицирован возбудителем опасного заболевания. В этом случае для спасения жизни человека используют антисыворотки — выделенные и очищенные антитела, полученные от животных (лошадей, коров и др.), направленные против возбудителя заболевания или опасного для жизни человека вещества (например, змеиного яда). Готовые антитела немедленно связываются с бактерией, вирусом или опасными веществами, инактивируют их и способствуют быстрому уничтожению и выведению из организма. Введение человеку антисыворотки не отменяет его собственного иммунного ответа, но намного повышает его эффективность, а главное — сокращает сроки, что позволяет предотвратить заболевание или облегчить его течение и предотвратить развитие грозных осложнений. Однако как любая сложно организованная система иммунная система иногда допускает ошибки, связанные с неблагоприятным воздействием факторов загрязнения окружающей среды, неправильным образом жизни и безразличным обращением человека со своим здоровьем, а также с наличием генетической предрасположенности к развитию тех или иных патологий. Одним из наиболее распространенных нарушений работы иммунной системы является развитие аллергических реакций.

Аллергия — это повышенная чувствительность организма к чужеродным молекулам и клеткам, не несущим какой-либо опасности для организма человека. Аллергия всегда связана с определенными веществами (аллергенами), поэтому неправильно говорить об аллергии на холод, тепло, изменение погоды и другие физические факторы. Очень часто аллергенами являются шерсть домашних животных, домашняя пыль, пыльца растений, многие пищевые продукты (цитрусовые, куриное яйцо, рыба, мед, шоколад, ананас и др.), компоненты бытовой химии, косметики и парфюмерии, некоторые лекарственные препараты. Признаками аллергических реакций как правило становятся обильные слизистые ведения из носа, слезотечение, кашель и затруднение дыхания, нарушения пищеварения, кожные реакции. Очевидно, что многие симптомы аллергии очень похожи на ранние признаки инфекционных заболеваний, поэтому окончательное заключение о наличии у человека аллергии на то или иное вещество может дать только врач. Однако это сходство совсем не случайное, т.к. компоненты бактерий и вирусов всегда вызывают развитие аллергической реакции. Это открывает и биологический смысл развития аллергии — быстрая мобилизация факторов врожденного и приобретенного иммунитета при повторном контакте с молекулами бактерий и вирусов. Но одновременно это очень осложняет лечение аллергии, т.к. полностью отключить этот важный защитный механизм нельзя.

Решение этой и многих других актуальных проблем иммунологии (противоопухолевая защита, трансплантация органов и тканей, СПИД, создание эффективной иммунной защиты против многих возбудителей опасных инфекций) является задачей медицины XXI века.