План урока:

Особые свойства иммунной системы

Клетки иммунной системы

Органы и ткани иммунной системы

Иммунная система – одна из самых загадочных в человеческом организме. Её сложно увидеть целиком, услышать или потрогать. Она играет роль «серого кардинала»: от её действий зависит очень многое, но о ней мало что известно.

Иммунная система охватывает весь организм, её элементы проникают почти во все ткани и влияют на их состояние. Поэтому в последнее время наряду с нервной и эндокринной системами иммунную систему считают интегративной, то есть объединяющей системой организма.

Мало кто понимает работу иммунной системы с первого раза. Это сложная тема даже для врачей и учёных.

Особые свойства иммунной системы

Уникальное свойство иммунной системы – способность отличать своё и чужое. Чужое – это микроорганизмы, частицы (пыль), токсины бактерий (токсин возбудителей столбняка, дифтерии), чужие клетки или ткани. Видоизменённые клетки своего организма, например, клетки злокачественной опухоли, - это тоже чужое, которое должно быть уничтожено.

Иммунная система постоянно патрулирует организм в поисках чужеродного. Её часто сравнивают со спецслужбами или органами государственной безопасности. Она следит за безопасностью своего организма-государства и уничтожает всё, что может угрожать его существованию.

Спецслужбы или разведка на английском языке называются intelligence, что подчёркивает интеллектуальную сложность работы. Лимфоциты – это самые «интеллектуальные» клетки иммунной системы. После созревания в костном мозге они проходят дополнительную подготовку к будущей работе.

Иммунная система реагирует на любой микроорганизм или злокачественную клетку. Даже если сталкивается с ними впервые. Она немедленно запускает иммунный ответ.

Клетки иммунной системы

Иммунные клетки также называют иммунокомпетентными клетками. Вместе с лимфатическими узлами это самое «видимое» звено иммунной системы. Поверхностно расположенные лимфатические узлы можно прощупать, а клинический (общий) анализ крови показывает количество лейкоцитов, то есть нейтрофилов, эозинофилов, базофилов, моноцитов и лимфоцитов.

Все они созревают в костном мозге и выходят на бой с внешними врагами (микробами) и внутренними врагами. Внутренние враги – это изменённые клетки, которые могут дать рост злокачественной опухоли. Также это клетки, заражённые внутриклеточными паразитами, например, вирусами. Если вирус попал в клетку, его уже трудно извлечь оттуда, поэтому иммунная система уничтожает всю клетку.

Моноциты и макрофаги

Моноциты – это самые крупные иммунные клетки. После созревания они выходят в кровоток, находятся там до 4 дней и мигрируют в ткани. В тканях они превращаются в макрофаги. Возможно, до превращения в макрофаги моноциты могут делиться. Макрофаги живут несколько лет и выполняют несколько функций.

Моноциты под микроскопом

Они поглощают микробов, чужеродные частицы, а также стареющие и погибшие клетки. Например, макрофаги селезёнки поглощают старые эритроциты и утилизируют железо из гемоглобина. Также макрофаги выделяют молекулы, которые регулируют состояние клеток и межклеточного вещества других тканей.

Макрофаг против опухолевой клетки. Последняя битва

Нейтрофилы

Нейтрофилы после выхода из костного мозга находятся в кровотоке около 6 – 10 часов. Далее они переселяются в ткани, где живут от нескольких часов до 8 суток. Нейтрофилы выделяют молекулы цитокины, которые регулируют поведение других иммунных клеток.

Нейтрофилы под микроскопом

Фагоцитоз – оружие макрофагов и нейтрофилов

Фагоцитоз открыл Илья Ильич Мечников. Он обнаружил, что лейкоциты атакуют микробы и всё чужеродное, например, шип розы. Хотя в то время считалось, что лейкоциты только разносят инфекцию по организму. За это открытие он получил Нобелевскую премию. Основные фагоциты – это макрофаги и нейтрофилы. Макрофаги называют большими фагоцитами, а нейтрофилы – малыми фагоцитами или микрофагами.

Илья Ильич Мечников

Макрофаг преследует и поглощает бактерию 

Фагоциты улавливают белки болезнетворных микроорганизмов (бактерий, грибов) и идут по этому следу. Они подходят к бактерии и окружают её своей цитоплазмой. Таким образом бактерия оказывается в пузырьке внутри клетки – эндосоме или фагосоме. Далее фагосома сливается с лизосомами. Содержимое лизосом очень кислое, в нём много ферментов, которые расщепляют белковые молекулы.

Этапы фагоцитоза

Также внутри фагоцитов есть гранулы с антимикробными белками. Самый известный из них – лизоцим, который тоже является ферментом. Ещё один механизм уничтожения микробов требует много кислорода. Фагоциты начинают потреблять кислород и образовывать из него токсичные молекулы, например, перекись водорода. В итоге лейкоцит выбрасывает в фагосому содержимое своих гранул и токсичные соединения кислорода, уничтожая врага.

Если чужеродный организм слишком крупный для фагоцитоза, например, паразитический червь, фагоциты всё равно атакуют его. Они плотно окружают возбудителя болезни и выбрасывают на него токсичные вещества своих гранул. Однако эти молекулы фагоцитов повреждают и собственные ткани организма.

Выполнив свою задачу, нейтрофилы погибают и поглощаются макрофагами. В очаге воспаления накапливается гной, он состоит из разрушенных тканей, погибших и живых нейтрофилов. Макрофаги не погибают, они остаются функционировать дальше.

Есть микробы, которые сопротивляются фагоцитозу. Например, микобактерия, которая вызывает туберкулёз. К счастью, у здорового человека есть и другие механизмы, которые останавливают развитие туберкулёза.

Эозинофилы

Эозинофилы циркулируют в крови до 12 часов, затем мигрируют в кожу, слизистые оболочки дыхательных путей, кишечника, половой системы и других органов. Если в крови очень много нейтрофилов, то почти все эозинофилы уходят в ткани. Их находят в носовой слизи и мокроте.

Эозинофилы под микроскопом

Эозинофилы содержат гранулы с белками против бактерий, а также паразитических простейших (лямблии, дизентерийная амёба) и червей (аскарида, острица, бычий или свиной цепни и другие). Они подходят вплотную к паразиту и обрушивают на него содержимое гранул. Работают эозинофилы совместно с макрофагами, базофилами, лимфоцитами, а также системой комплемента и IgE (об них речь пойдёт дальше). Однако противопаразитарные и противомикробные белки тоже повреждают ткани в месте атаки.

Эозинофилы атакуют паразитического червя

Также эозинофилы участвуют в аллергии. Они отграничивают участок аллергической реакции, не давая ему распространиться дальше.

Базофилы

После выхода из костного мозга базофилы находятся в крови в пределах суток, переходят в ткани, где, вероятно, тоже живут несколько суток. Основная роль базофилов – регуляция активности эозинофилов и нейтрофилов.

Базофил под микроскопом

Вещества, которые содержатся в гранулах базофилов, расширяют сосуды, делают их проницаемыми, из сосудов в ткань выходит плазма крови, развивается отёк. Это происходит при аллергических реакциях (о них тоже речь пойдёт дальше). Другие вещества регулируют активность эозинофилов и нейтрофилов.

Нейтрофил, эозинофил, базофил

Лимфоциты

Лимфоциты выходят из костного мозга, циркулируют в крови, мигрируют ткани и снова выходят в кровоток. Их очень много в лимфоидных органах, в крови находится всего около 2% лимфоцитов. Большинство клеток крови (нейтрофилы, эозинофилы, базофилы) делиться не могут (возможно, за исключением моноцитов). А лимфоциты делятся.

Лимфоцит под микроскопом

Различают несколько типов T-лимфоцитов и B-лимфоцитов, а также натуральные киллеры:

• T-хелперы регулируют работу других иммунных клеток (от английского «help» - «помогать»);
• T-киллеры или цитотоксические T-лимфоциты уничтожают клетки;
• T-супрессоры подавляют активность иммунных клеток, когда это необходимо;
• B-лимфоциты вырабатывают антитела;
• натуральные (естественные) киллеры уничтожают заражённые вирусом или опухолевые клетки.

Когда B-лимфоцит встречается с антигеном, он активируется и превращается в B-лимфобласт. B-лимфобласт делится и превращается в плазматическую клетку. Плазматическая клетка вырабатывает антитела к этому антигену. Также образуется клетка памяти, которая «запоминает» антиген.

Часто под словом «B-лимфоцит» подразумевают B-лимфобласт или плазматическую клетку. Например «B-лимфоцит продуцирует антитела» подразумевает «плазматическая клетка продуцирует антитела».

Активация B-лимфоцита

Когда клетка памяти снова встретится с этим антигеном, она «вспомнит» его и будет вырабатывать антитела. Например, человек впервые столкнулся с вирусом краснухи. B-лимфоцит знакомится с вирусом, вырабатывает антитела, человек выздоравливает. Когда в следующий раз он встретится с вирусом краснухи, B-лимфоциты быстро создадут антитела и болезнь не разовьётся.

Антиген-представляющие клетки

Дендритные антиген-представляющие клетки (дендритные АПК) находят антиген, перерабатывают его и предъявляют лимфоцитам. Пока не совсем понятно происхождение этих клеток. Возможно, у них есть предшественник в костном мозге. Известно, что в лабораторных условиях макрофаги могут превращаться в дендритные АПК.

Дендритных АПК очень много в коже и слизистых оболочках, где организм встречается с микробами. Также их много в тимусе и лимфатических узлах, где происходит очень большая часть работы иммунной системы.

К переработке и представлению антигенов способны также B-лимфоциты и макрофаги. Это тоже антиген-представляющие клетки.

Антитела

Антитела – это молекулы, которые вырабатываются B-лимфоцитами. Они созданы под строго определённых антиген. Например, на молекулы, которыми покрыт вирус гриппа. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) покрыт другими молекулами, поэтому антитела против гриппа не смогут справиться с ВИЧ.

Антитела и коронавирус

Антитела и эритроциты

Разновидности антител:

• IgA вырабатываются B-лимфоцитами (то есть плазматическими клетками) в слизистых оболочках;
• IgM появляются в разгаре болезни;
• IgG образуются через какое-то время после IgM и остаются на несколько лет или всю жизнь;
• IgE участвует в аллергических реакциях.

Система комплемента и цитокины

Система комплемента – это белки, которые последовательно активируют друг друга. В этом она похожа на систему гемостаза. Белки комплемента и антитела «садятся» на поверхность бактерий. Это облегчает фагоцитоз для нейтрофилов и макрофагов.

Также иммунный ответ протекает эффективнее в присутствии цитокинов (интерлейкинов и интерферонов). С помощью этих молекул иммунные клетки передают друг другу сообщения и координируют совместную работу.

Органы и ткани иммунной системы

Выделяют центральные и периферические органы иммунной системы. В центральных органах созревают иммунокомпетентные клетки, в периферических органах находятся и выполняют свою работу зрелые клетки.

Органы иммунной системы

Костный мозг и тимус

Центральные органы иммунной системы – это костный мозг и тимус (вилочковая железа). Все иммунные клетки развиваются в костном мозге из стволовой клетки крови.

В тимусе находятся новые, ещё не готовые к иммунной защите, T-лимфоциты. Здесь они проходят спецподготовку: они обучаются распознавать всевозможные чужие антигены и игнорировать антигены своего организма. T-лимфоциты, которые реагируют на антигены организма, уничтожаются.

В тимусе T-лимфоциты подразделяются на T-хелперы и цитотоксические T-лимфоциты. Также в тимусе есть клетки, которые помогают T-лимфоцитам делиться и созревать. Аналогичное «бучение есть у B-лимфоцитов, оно проходит в костном мозге.

Тимус наиболее развит у детей, с возрастом его часть постепенно замещается жировой тканью.

Лимфатические сосуды и узлы

В различных органах находятся мельчайшие лимфатические сосуды – лимфатические капилляры, из них образуются крупные сосуды. Сосуды прерываются в лимфатических узлах. Самый крупный лимфатический сосуд называется грудным протоком.

В лимфатических узлах АПК знакомят лимфоциты с антигенами. Активируются T-лимфоциты. Запускается весь план обороны от инфекции. B-лимфоциты делятся и превращаются в плазматические клетки и B-клетки памяти.

При крупных ранах можно заметить, что ближайшие лимфатические узлы увеличились. Это значит, что в них происходит активация лимфоцитов для борьбы с микробами. Также лимфатические узлы увеличиваются при некоторых инфекционных болезнях – краснухе, инфекционном мононуклеозе, чуме, ВИЧ-инфекции.

Лимфатические узлы могут увеличиваться при онкологических болезнях. По лимфатическим узлам и сосудам перемещаются злокачественные клетки из первичной опухоли к другим органам. Также существуют лимфомы – опухоли, возникающие именно в лимфатических узлах.

Лимфа и лимфоидная ткань

Лимфа образуется из тканевой жидкости, по лимфатическим сосудам протекает через цепочку лимфатических узлов. В лимфатических узлах она очищается, отдаёт антигены. Здесь лимфа обогащается антителами и иммунными клетками, через грудной проток попадает в кровь. В ней есть тромбоциты и факторы свёртывания крови, поэтому она может свёртываться.

Лимфоидная ткань состоит из трёхмерной сети особых ретикулярных клеток и волокон. Они создают каркас, который поддерживает иммунные клетки и обеспечивает их развитие.

Другие органы и элементы иммунной системы

Селезёнка – это ещё один орган иммунной системы. Она улавливает антигены из крови, в ней происходит взаимодействие лимфоцитов с антигеном.

Скопления лимфоидной ткани находятся:

• вокруг глотки (у многих людей хорошо видны миндалины)
• в аппендиксе,
• в тонкой кишке она носит название пейеровы бляшки,
• в органах дыхательной, выделительной и половой систем.

Сложная наука иммунология покоряет врачей и исследователей. За иммунологией будущее по двум основным причинам. Во-первых, в борьбе с болезнетворными микробами антибиотики иногда проигрывают. Во-вторых, иммунология даёт новые способы борьбы со злокачественными опухолями.