Практическое занятие по теме:
ЗАЩИТА ОРГАНИЗМА ОТ ИНФЕКЦИЙ

1.1. Барьеры против инфекций

1.2. Последовательность событий, происходящих после расщепления С3

1.3. Фагоцитарная реакция

1.1. БАРЬЕРЫ ПРОТИВ ИНФЕКЦИЙ

Простейший путь избежать инфицирования – это предотвратить проникновение возбудителя в организм. Главной линией обороны служит, конечно, кожа. Будучи неповрежденной, она непроницаема для большинства инфекционных агентов. Вдобавок, большинство бактерий не способны долго существовать на поверхности кожи из–за прямого губительного воздействия молочной кислоты и жирных кислот, содержащихся в поте и секрете сальных желез.

Слизь, выделяемая стенками внутренних органов, действует как защитный барьер, препятствующий прикреплению бактерий к эпителиальным клеткам. Микробы и другие чужеродные частицы, захваченные слизью, удаляются механическим путем – за счет движения ресничек эпителия, с кашлем и чиханием. К другим механическим факторам, способствующим защите поверхности эпителия, можно отнести вымывающее действие слез, слюны и мочи. Во многих жидкостях, секретируемых организмом, содержатся бактерицидные компоненты – кислота в желудочном соке, лактопероксидаза в молоке и лизоцим в слезах, носовых выделениях и слюне.

На определенном этапе эволюции в многоклеточном организме появились клетки, призванные защищать организм от микробов – паразитов. Постепенно сформировалась особая система органов и клеток, обеспечивающих защиту (иммунитет) организма.Она получила название иммунной системы. Клетки, входящие в состав иммунной системы, были названы и ммунокомпетентными.

Иммунитетом называют способность иммунной системы к отторжению чужеродных тел. Защита организма осуществляется с помощью двух систем – неспецифического (врожденного, естественного) и специфического (приобретенного) иммунитета. Эти две системы могут рассматриваться и как две стадии единого процесса защиты организма. Неспецифический иммунитет выступает как первая линия защиты и как заключительная ее стадия. Система приобретенного иммунитета выполняет промежуточные функции специфического распознавания и запоминания болезнетворного агента (или чужеродного вещества) и подключения мощных средств врожденного иммунитета на заключительном этапе процесса

Система врожденного иммунитета действует на основе воспаления и фагоцитоза. В этом случае распознаются и удаляются инородные тела без учета их индивидуальной специфики. Поэтому такой иммунитет называют неспецифическим. Фактором неспецифического иммунитета могут быть бактериолизин, лизоцим, фагоцитоз – пожирание и разрушение инородных тел макрофагами и лейкоцитами и т. д. Эта система реагирует только на корпускулярные агенты (микроорганизмы, занозы) и на токсические вещества, разрушающие клетки и ткани.

Вторая и наиболее сложная система – приобретенного иммунитета. Она основана на специфических функциях лимфоцитов. Эти клетки крови распознают чужеродные макромолекулы и реагируют на них либо непосредственно, либо выработкой защитных белковых молекул.

Специфический иммунитет – более совершенный механизм защиты организма от биологической агрессии. Он возник в эволюции позже и означает распознавание самых тонких различий между чужеродными агентами. Для удобства такие чужеродные молекулы назвали антигенами. Современное представление о структуре и функциях иммунной системы в первую очередь связано со специфическим иммунитетом.

Макрофаги и лимфоциты – основные клетки иммунной системы. Обобщенно и кратко их принято называть иммунноцитами. Первые стадии развития иммуноциты проходят в костном мозге - это их колыбель.

Макрофаги, они же фагоциты, – пожиратели инородных тел и самые древние клетки иммунной системы. Пройдя несколько стадий развития, они покидают костный мозг в виде моноцитов (округлых клеток) и определенное время циркулируют в крови. Из кровяного русла они проникают во все органы и ткани, где меняют свою круглую форму на отороченную. В таком виде они становятся более подвижными и способными прилипать к любым потенциальным «чужеродцам».

Лимфоциты сегодня считаются главными фигурами в иммунологическом надзоре. Это система клеток с различным функциональным предназначением. Уже в костном мозге предшественники лимфоцитов разделяются на две крупные ветви. Одна из них – у млекопитающих – завершает свое развитие в костном мозге, а у птиц в специализированном лимфоидном органе – бурсе (сумке), от латинского слова bursa. Отсюда эти лимфоциты получили название bursa–зависимые, или В–лимфоциты. Другая крупная ветвь предшественников из костного мозга переселяется в другой центральный орган лимфоидной системы – тимус. Эта ветвь лимфоцитов получила название тимус–зависимые, или Т–лимфоциты.

Воспаление – реакция организма на чужеродные микроорганизмы и продукты тканевого распада. Это основной механизм естественного (врожденного, или неспецифического) иммунитета, равно как начальный и заключительный этапы иммунитета приобретенного. Как и всякая защитная реакция, оно должно сочетать способность распознавать чужеродную для организма частицу с действенным способом ее обезвреживания и удаления из организма. Классический пример – воспаление, вызванное занозой, прошедшей под кожу и загрязненной бактериями.

В норме стенки кровеносных сосудов непроницаемы для компонентов крови – плазмы и форменных элементов (эритроцитов и лейкоцитов). Повышенная проницаемость для плазмы крови – следствие изменения стенки сосудов, образования «щелей» между плотно прилегающими друг к другу клетками эндотелия. В районе занозы наблюдается торможение движения эритроцитов и лейкоцитов (клеток белой крови), которые начинают как бы липнуть к стенкам капилляров, образуя «пробки». Два типа лейкоцитов – моноциты и нейтрофилы – начинают активно «протискиваться» из крови в окружающую ткань между клетками эндотелия в районе формирующегося воспаления.

Моноциты и нейтрофилы предназначены для фагоцитоза – поглощения и разрушения посторонних частиц. Целенаправленное активное движение к очагу воспаления носит название хемотаксиса. Придя к месту воспаления, моноциты превращаются в макрофаги. Это клетки с тканевой локализацией, активно фагоцитирующие, с «липкой» поверхностью, подвижные, как бы ощупывающие все, что находится в ближайшем окружении. Нейтрофилы также приходят в очаг воспаления, и их фагоцитирующая активность возрастает. Фагоцитирующие клетки накапливаются, активно поглощают и разрушают (внутриклеточно) бактерии и обломки клеток.

Активизация трех главных систем, участвующих в воспалении, определяет состав и динамику «действующих лиц». Они включают систему образования кининов, систему комплемента и систему активированных фагоцитирующих клеток.

Система комплемента – это совокупность белков сыворотки крови, циркулирующих в неактивном состоянии. Большинство из них являются протеазами. При попадании (или образовании) в ткани (кровь) активаторов (структуры Г+ или Г– бактерий, иммунные комплексы) происходит активация системы – каскадное взаимодействие белков системы комплемента с образованием промежуточных продуктов, с образованием повреждений в мембране клеток–мишеней, нейтрализацией вирусов.

В систему входит более 25 белков, из которых девять – комплементные белки (С1 –С9), а остальные –факторы (B, D, P, H и др.). При активации происходит расщепление молекул комплементных белков на фрагменты альфа (меньший) и бета (больший). Меньший фрагмент, как правило, активный. Многие фрагменты обладают ферментативными свойствами (их обозначают сверху линией – С1), могут являться ингибиторами, активаторами и медиаторами различных процессов.

Центральное место в системе комплемента занимает белок С3. При отсутствии каких либо активаторов происходит его медленный распад: С3 – С3a + C3b. Фрагмент C3b фиксируется на поверхности микроорганизма. При появлении какого – либо активатора распад С3 происходит значительно быстрее благодаря запуску систем активации комплемента по классическому или альтернативному путям.

Активаторами альтернативного пути являются, как правило, компоненты микроорганизмов, факторы В, D и пропердин также являются необходимыми участниками. Система активации обладает положительной обратной связью.

В норме в крови постоянно циркулирует некоторое количество С3b, и В. Эти белки комплементарные друг–другу и соединяются в комплекс С3bB, от которого под влиянием фактора D отщепляется фрагмент Ва, т.о. образуется комплекс С3bBb, который катализирует распад С3 на фрагменты. Пропердин удлиняет жизнь этого комплекса.

В случае длительного инфекционного процесса к инфекционному агенту образуются антитела и комплекс «агент + антитело» (иммунный комплекс) является активатором системы комплемента по классическому пути.

В норме в крови циркулирует фрагмент белка С1 – С1qrs, который под влиянием иммунного комплекса становится активным (С1qrs). Этот фрагмент катализирует расщепление С4 на С4а и С4b. Фрагмент С4b соединяется с белком С2, образовавшийся комплекс С4b2 становится субстратом для С1qrs, от него отщепляется фрагмент C2b, а образовавшийся комплекс C4b2a катализирует распад С3 на фрагменты.

1.2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ СОБЫТИЙ, ПРОИСХОДЯЩИХ ПОСЛЕ РАСЩЕПЛЕНИЯ С3

Задача данного этапа – формирование мембраноатакующего комплекса (МАК), который состоит из белков С5 – С9 и на 80–90% похож на перфорин.

К фиксированному на мембране клетки фрагменту С3b присоединяется белок С5. От образовавшегося комплекса С3b5 под воздействием С3bBb отщепляется С5а, а к С3b5b последовательно присоединяются белки С6, С7, С8. Кульминацией данного процесса является присоединение С9, после чего происходит изменение конформации всего комплекса и образуется воронкообразное отверстие в мембране, в результате наступает лизис клетки.

В результате работы этой системы высвобождаются вещества, которые являются анафилотоксинами (вещества, которые вызывают высвобождение гистамина из базофилов и тучных клеток), хемотаксинами (вызывают миграцию клеток в место работы комплемента), модуляторами иммунного ответа (С3а подавляет, а С5а усиливает продукцию антител).

Итак, можно подвести итог, перечислив функции системы комплемента:

1. лизис клеток;
2. растворение иммунных комплексов;
3. участие в фагоцитозе;
4. участие в воспалительной реакции;
5. образование хемотаксинов;
6. модуляция иммунного ответа;
7. нейтрализация веществ.

1.3. ФАГОЦИТАРНАЯ РЕАКЦИЯ

К фагоцитирующим клеткам относят:

• микрофаги – это полиморфноядерные лейкоциты (нейтро–, базо–, эозинофилы), они эффективны в основном против условно – патогенных микроорганизмов.
• макрофаги – это мононуклеарные фагоциты (1– 6% в крови).

Фагоцитарная реакция – процесс захвата, умерщвления и переваривания инфекционных агентов. Выделяют следующие стадии:

1. стадия хемотаксиса (приближение к объекту);
2. стадия опсонизации (процесс взаимодействия иммуноглобулинов (IgG1, IgG3, IgM) и белков системы комплемента (C3b, C4, C5a) с инфекционной частицей);
3. прикрепление опсонизированной частицы на поверхность фагоцита;
4. стадия захвата;
5. образование фагоцитосомы;
6. стадия умерщвления и переваривания;
7. стадия исхода.

Вещества, участвующие во второй стадии, называют опсонинами.

На фагоцитах есть рецепторы к Fc– фрагментам иммуноглобулинов и к белкам системы комплемента. Момент прикрепления опсонизированной частицы к макрофагу вызывает активацию последних. Далее идет захват бактериальной клетки (антигена) и образование фагосомы. Лизосомы сливаются с фагосомами, при этом происходит резкое снижение рН и начинают действовать ферменты внутриклеточной бактерицидности (система миелопероксидаз). Образуются свободные радикалы, свободный кислород, которые быстро убивают бактерии.

В зависимости от стадии исхода различают:

1. завершенный фагоцитоз – полное разрушение фагоцитированного объекта;
2. незавершенный фагоцитоз –
   • микроорганизм разрушается, но остаются его компоненты с антигенной активностью;
   • наблюдается персистенция микроорганизма;
   • происходит размножение микроорганизма.

Защита организма от бактерий. Место проникновения бактерий в организм, называется входными воротами инфекции. Здесь на борьбу с бактериями поднимаются фагоцитирующие клетки. Первый сигнал мобилизации эти клетки получают от самих бактерий–агрессоров в виде молекул их токсинов. Одновременно с фагоцитозом бактерий макрофаги начинают синтезировать и выделять воспалительные цитокины – интерлейкин–1, фактор некроза опухолей и другие.

Под влиянием цитокинов усиливается прилипание циркулирующих лейкоцитов к эндотелию сосудов и мобилизация в очаг инфекции. Те же цитокины усиливают антибактериальную активность фагоцитов. Если фагоцитирующие клетки не справляются с очищением очага инфекции от бактерий, интерлейкин–1 выполняет роль межклеточного сигнала. Он вовлекает в процесс активации Т–лимфоциты и включает механизмы специфического иммунного ответа.

Активированные Т–лимфоциты пополняют ресурсы воспалительных цитокинов, синтезируя гамма–интерферон, активирующий макрофаги. Существенную помощь фагоцитирующим клеткам в борьбе с бактериями оказывают продукты В–лимфоцитов – специфические антитела–иммуноглобулины (рис. 18). Взаимодействуя с антигенами бактерий, антитела как бы подготавливают бактерии в пищу фагоцитам, делают их более удобоваримыми. Кроме того, специфические антитела против бактериальных токсинов расправляются с последними самостоятельно: токсин, связавшийся со своими специфическими антителами, утрачивает токсичность и больше не представляет опасности для организма.

Защита организма от вирусов. Встречаясь с вирусом в крови или в межклеточных пространствах, специфические антитела способны обезвредить этот вирус. Однако особенность вируса как паразита состоит в том, что он предпочитает внутриклеточный паразитизм, то есть жизнь и размножение исключительно внутри клеток хозяина и за их счет. Как в таких условиях бороться против вируса–паразита? Остается два пути: или атаковать и убивать зараженные вирусами клетки вместе с вирусами, или каким–то образом воспрепятствовать внутриклеточному размножению вирусов, если не удалось помешать внедрению вирусов во входных воротах.

По первому пути идут разные типы цитотоксических клеток–киллеров, защищающие организм от вирусов. Распознав на поверхности зараженной клетки чужеродные антигены, клетки–киллеры впрыскивают в такую клетку–мишень содержимое своих цитоплазматических гранул (куда входит фактор некроза опухолей и другие молекулы, повреждающие клетку–мишень). Результатом атаки киллера, как правило, является гибель клетки–мишени вместе с внутриклеточными паразитами. Правда, гибель и разрушение собственных клеток организма не безразлично для его жизнедеятельности. При некоторых вирусных инфекциях такого рода защитные реакции приносят больше вреда, чем пользы.

Другой механизм защиты против вирусов – молекулярный. Ответственны за противовирусную защиту молекулы интерферонов. Они способны «интерферировать», то есть противодействовать процессам биосинтеза вирусных частиц в клетке хозяина. Интерферон синтезируется клеткой–продуцентом в ответ на заражение вирусом и соединяется с соответствующими рецепторами на поверхности зараженных клеток. Взаимодействие цитокина (в данном случае интерферона) со своим специфическим рецептором влечет за собой передачу внутриклеточного сигнала к ядру клетки. В клетке включаются гены, ответственные за синтез белков и ферментов, препятствующих самовоспроизведению вируса. Таким образом, интерферон блокирует биосинтез вирусных частиц в зараженной клетке. Это позволяет использовать препараты интерферона в качестве лечебных при вирусных инфекциях.

Клеточные и молекулярные механизмы при защите от вирусов, как и при защите от бактерий, работают согласованно, приходя на помощь друг другу. Молекулы интерферонов, кроме антивирусного действия, оказывают влияние на функции защитных клеток. Гамма–интерферон, как уже было сказано выше, является активатором макрофагов.

Активированные гамма–интерфероном макрофаги могут пополнить армию клеток–киллеров, но только при участии специфических противовирусных антител, которые образуют своеобразные мостики между макрофагами и зараженными клетками–мишенями. Специфический ответ на вирусные антигены неизбежно вовлекает популяцию Т–хелперов, которые в ответ на активацию начинают усиленно синтезировать и секретировать интерлейкин–2. А этот цитокин известен своей способностью резко активизировать клетки–киллеры.