ІМУНІТЕТ, Енциклопедія Навколишній світ
ІМУНІТЕТ, здатність організму людини та тварин специфічно реагувати на присутність у ньому якоїсь речовини, зазвичай чужорідної. Ця реакція на чужорідні речовини забезпечує опірність організму, а тому є надзвичайно важливою для його виживання. У основі реакції лежить синтез спеціальних білків, т.зв. антитіл, здатних вступати у поєднання з чужорідними речовинами – антигенами. Наука, що вивчає механізми імунітету, називається імунологією.
У минулому термін «імунітет» стосувався лише реакцій, спрямованих проти мікроорганізмів. В даний час він застосовується для позначення реакцій організму на будь-які антигени. Антиген – це зазвичай велика молекула або комбінація молекул, що індукує утворення антитіл. Антигенними властивостями володіють білки (особливо якщо вони містять певні амінокислоти типу тирозину) і полісахариди (великої молекулярної маси) всіх живих організмів. Молекули, які не викликають утворення антитіл, проте здатні зв'язуватися з ними, називають гаптенами або неповними антигенами.
Не всі тварини навіть одного виду виробляють антитіла у відповідь на введення певних антигенів: деякі антигени викликають таку відповідь лише у групи особин. Тільки теплокровні хребетні, включаючи людину, здатні утворювати преципітуючі (тобто антиген, що облягають) антитіла; однак ряд холоднокровних хребетних виробляють у чомусь схожі речовини, які називають аглютинінами. Утворення антитіл у безхребетних остаточно не встановлено.
Взаємодія антиген – антитіло.
Антитіла реагують тільки з антигенами, які індукували їх синтез. Зміни хімічної чи фізичної структури антигенів призводять до утворення інших видозмінених антитіл. Така пряма відповідністьміж антигенами та антитілами відомо під назвою специфічності.
Пауль Ерліх (1854-1915) одним із перших вказав на значення специфічності. Він припустив, що бічні ланцюги молекули антигену підходять до рецепторних ділянок у молекулі антитіла як ключ до замку. Пізніше К. Ландштейнеру (1868-1943) вдалося показати, що в антисироватці імунної тварини (тобто в сироватці крові, що містить антитіла) виявляються антитіла, здатні розрізняти молекули антигенів з однаковою молекулярною масою і однаковим набором атомів, але відрізняються один від одного просторової структури.
В даний час уявлення про те, що комплементарність структури певної ділянки антигену та активного центру антитіла визначає специфічність їхньої взаємодії, є загальновизнаним.
Імунна реакція.
Основними елементами імунної системи організму є білі клітини крові – лімфоцити, що у двох формах. Обидві форми походять із клітин-попередників у кістковому мозку, т.зв. стовбурових клітин. Незрілі лімфоцити залишають кістковий мозок та потрапляють у кров'яне русло. Деякі з них прямують до тимусу (вилочкової залози), розташованого біля основи шиї, де відбувається їхнє дозрівання. Лімфоцити, що пройшли через тимус, відомі як Т-лімфоцити, або Т-клітини (Т від «тімус»). В експериментах на курчатах було показано, що інша частина незрілих лімфоцитів закріплюється та дозріває у сумці Фабриціуса – лімфоїдному органі біля клоаки. Такі лімфоцити відомі як В-лімфоцити або В-клітини (B від bursa – сумка). У людини та інших ссавців В-клітини дозрівають у лімфатичних вузлах та лімфоїдній тканині всього організму, еквівалентних сумці Фабриціуса у птахів.
Обидва типи зрілих лімфоцитів мають на своїй поверхні рецептори, якіможуть "впізнавати" специфічний антиген і зв'язуватися з ним. Контакт В-клітинних рецепторів зі специфічним антигеном та зв'язування певної його кількості стимулюють зростання цих клітин та подальше багаторазове поділ; в результаті утворюються численні клітини двох різновидів: плазматичні та «клітини пам'яті». Плазматичні клітини синтезують антитіла, що виділяються в кровотік. Клітини пам'яті є копіями вихідних В-клітин; вони відрізняються великою тривалістю життя, і їхнє накопичення забезпечує можливість швидкої імунної відповіді у разі повторного потрапляння в організм даного антигену.
Що стосується Т-клітин, то при зв'язуванні їх рецепторами значної кількості певного антигену вони починають секретувати групу речовин, які називаються лімфокінами. Деякі лімфокіни викликають звичайні ознаки запалення: почервоніння ділянок шкіри, місцеве підвищення температури та набряк за рахунок збільшення кровотоку та просочування плазми крові у тканині. Інші лімфокіни приваблюють фагоцитуючі макрофаги – клітини, які можуть захоплювати та поглинати антиген (разом зі структурою, наприклад, бактеріальною клітиною, на поверхні якої він знаходиться). На відміну від Т-і В-клітин ці макрофаги не мають специфічності і атакують широкий спектр різних антигенів. Ще одна група лімфокінів сприяє руйнуванню інфікованих клітин. Нарешті, ряд лімфокінів стимулює додаткову кількість Т-клітин до поділу, що забезпечує швидке зростання числа клітин, які відповідають той самий антиген і виділяють ще більше лімфокінів.
Антитіла, що виробляються В-клітинами і надходять до крові та інших рідин організму, відносять до факторів гуморального імунітету (від латів. humor – рідина). Захист організму, що здійснюється за допомогою Т-клітин,називається клітинним імунітетом, оскільки у її основі лежить взаємодія окремих клітин з антигенами. Т-клітини не тільки активують інші клітини шляхом виділення лімфокінів, але й атакують антигени за допомогою структур, що містять антитіла на поверхні клітини.
Антиген може індукувати обидва типи імунної відповіді. Більш того, в організмі відбувається певна взаємодія між Т-і В-клітинами, причому Т-клітини здійснюють контроль над В-клітинами. Т-клітини можуть пригнічувати B-клітинну відповідь на нешкідливі для організму чужорідні речовини або, навпаки, спонукати В-клітини виробляти антитіла у відповідь на шкідливі речовини з антигенними властивостями. Пошкодження або недостатність цієї контролюючої системи може виявлятися у вигляді алергічних реакцій на речовини, які зазвичай безпечні для організму.
Селекція антитіл.
Цей процес визначає, які саме антитіла повинні утворитися, щоб боротися зі специфічним антигеном, виділяючи його з мільярдів інших антигенів, які потенційно загрожують організму. Механізм такої селекції залишається ще до кінця зрозумілим. Розмірковуючи логічно, важко припустити, що в кожному лімфоциті міститься інформація для синтезу мільярдів різних антитіл, більшість з яких ніколи не стане в нагоді. Одна з ранніх теорій, що отримала назву «інструктивної», постулювала, що антитіла синтезуються у незавершеному вигляді. Коли ж антиген потрапляє в організм, він діє як матриця, на якій відбувається остаточне формування дільниці антитіл; інакше кажучи, сам антиген служить «інструкцією» до створення специфічних саме щодо нього антитіл.
В даний час відомо, що структура білкової молекули антитіла залежить від послідовності та взаємного розташування складових її «цеглинок» -амінокислот і зовнішні причини, у тому числі антигени, не можуть викликати істотних структурних перебудов. Тому було висунуто нову теорію – «клональної селекції». Згідно з цією теорією, в організмі людини міститься близько 10 млрд. різновидів лімфоцитів, що злегка відрізняються один від одного, причому кожен з них дуже нечисленний. Коли антиген потрапляє в організм, він зв'язується лише тими лімфоцитами, які здатні пізнавати його. Зв'язування з антигеном створює стимул їхнього поділу; в результаті утворюється велика кількість однакових клітин - клон, і чисельність відібраного варіанта клітин швидко досягає необхідного рівня.
Теорія клональної селекції не давала пояснення, яким чином виникає колосальне розмаїття лімфоцитів або їх попередників. Проте нещодавно механізм такої диверсифікації начебто прояснився. Показано, що гени клітин, що беруть участь в імунній реакції та продукції специфічних антитіл, зазнають частих випадкових змін за рахунок перегрупувань їх окремих ділянок; відповідно змінюється закодована у яких інформація, тобто. з'являються нові, різноманітно змінені за цією ознакою клітини, а загалом вся популяція лімфоцитів набуває здатності реагувати з різними антигенами. Крім того, протягом багатьох клітинних поколінь, що потрібні для перетворення стовбурових клітин на зрілі лімфоцити, відбуваються випадкові мутації в генах, що кодують антитіла. Ці мутації додатково збільшують різноманітність лімфоцитів. Примітно, що ті молекули на поверхні Т-лімфоцитів, яким вони зобов'язані своєю специфічністю, мають багато в чому ту саму структуру, що і антитіла, що циркулюють в крові, що виробляються В-лімфоцитами.
Пасивний імунітет.
Імунітет, що виникає внаслідок ін'єкціїготових антитіл, а чи не роботи клітин самого організму, називають пасивним. Такий імунітет, однак, зберігається недовго - поки в організмі циркулюють введені антитіла (гамма-глобуліни). Людина це становить кілька тижнів. Навпаки, активний імунітет, коли в організмі продукуються власні антитіла, часто буває довічним. також ВАКЦИНАЦІЯ І ІМУНІЗАЦІЯ.
Ізоантитіла.
Антитіла в крові виявляються не лише після активної чи пасивної імунізації. У багатьох біологічних видів, включаючи людину, постійно йде (у всіх представників виду) синтез антитіл певної специфічності, який не пов'язаний із імунізацією. Такі антитіла – їх називають ізоантитілами – специфічно спрямовані проти антигенів інших особин тієї самої виду, тобто. проти ізоантигенів. Синтез ізоантитіл забезпечує природний (вроджений) імунітет (на відміну від набутого імунітету, що виникає внаслідок імунізації).
Групи крові.
Найкращим прикладом ізоантигенів є система антигенів, що позначається АВ0. Антигени А і В виявляються на поверхні еритроцитів та у багатьох тканинах. Вони були виділені в очищеному вигляді, і аналіз показав, що це складні структури молекули, що складаються з ланцюжків амінокислот і вуглеводів. У кожної людини, еритроцити якої несуть антиген А або В (але не обидва антигени разом) або ж не містять їх зовсім (група крові 0), у кров'яному руслі циркулюють ізоантитіла, що аглютинують (склеюють) еритроцити інших груп крові, крім групи 0.
Після відкриття Ландштейнером системи AB0-антигенів було виявлено інші антигени еритроцитів. Такі, наприклад, підгрупи A-антигену і MN-антигени, що різняться між собою; невідповідність по кожному з них у донора та реципієнта може призвести до реакцій несумісностіпри переливанні крові. З відкриттям нових, рідкісних типів несумісності виявляють нові антигени груп крові, кількість яких постійно збільшується. Однак на відміну від ситуації з AB0-антигенами антитіла до цих додаткових антигенів у звичайних умовах не виробляються, а з'являються тільки після попереднього контакту, наприклад, попереднього переливання крові. також КРОВ.
Пересаджування тканин.
Ще один важливий імунологічний феномен, пов'язаний із ізоантитілами, спостерігається при трансплантації тканин. Гомотрансплантати, тобто. тканини одного і того ж організму або однояйцеві близнюки (наприклад, при пересадці шкіри або пластичних операціях), зазвичай добре приживляються на новому місці. Імунологічна реакція не розвивається, оскільки гени і білки, що кодуються ними, в пересадженій тканині і клітинах реципієнта абсолютно однакові. Якщо тканина взята від донора, не пов'язаного з реципієнтом близьким спорідненістю, вона може зберігатися на місці пересадки деякий час, але потім відторгається. Наступний трансплантат від нового донора відривається ще швидше. Таке відторгнення має імунологічну природу – це засвідчує успіх трансплантації у разі подібної антигенної специфічності тканин донора і реципієнта. Підбір донора з тканинної сумісності з реципієнтом має життєво важливе значення при пересадках серця, нирок та інших органів.
Гени, відповідальні за приживлюваність чи відторгнення пересадженої тканини, утворюють т.зв. «Головний комплекс гістосумісності». Вони кодують синтез як тканинних антигенів, визначальних успіх чи неуспіх трансплантації, а й деяких рецепторів лежить на поверхні T-клітин. Визначення продуктів цих генів допомагає заздалегідь визначити, чи буде реагувати організм на специфічні антигени пересадженої тканини.
У деяких умовах, зокрема після контакту з будь-яким антигеном під час внутрішньоутробного розвитку, розвивається толерантність, тобто. нездатність реагувати на цей антиген протягом наступного життя (див. також ПЕРЕСАДКА ОРГАНІВ).
Синдром хронічного імунодефіциту (СНІД).
Про це особливо небезпечне для людини вірусне захворювання, пов'язане з пошкодженням імунної системи, див.
Аутоімунні захворювання.
Багато хвороб, наприклад, аутоімунна гемолітична анемія, розвиваються в результаті імунологічних реакцій, спрямованих проти антигенів власних тканин. При цих захворюваннях, званих також аутоімунними, в організмі утворюються антитіла, що руйнують власні клітини (див. також сполучна тканина).