Дополнительный материал к лекции 3. Учение об иммунитете.
Особенности иммунитета при различных инфекциях
Для понимания работы иммунитета нужно прежде всего хорошо представлять клеточные взаимодействия всех участников иммунного ответа. Однако, как мы уже сказали в основном тексте лекции, клеткам нужно где-то образовываться – то есть существуют органы иммунной системы. Поговорим о них.
Органы иммунной системы делят на центральные и периферические:
Возможно, раньше вы уже слышали про красный костный мозг, и наверняка видели его, когда разламывали мозговую косточку из бульона – у животных он выглядит и выполняет функции так же, как у людей. Это основной орган, где происходит образование клеток крови: тех же эритроцитов и тромбоцитов. Помимо них здесь же рождаются клетки т.н. «белого кровяного ростка» - лейкоциты. Их нормальное содержание в крови значительно – на 3 порядка – ниже, чем клеток «красной крови» - 4-10 на 10 в 9й степени клеток (дзен не позволяет записать это в нормальном виде) в одном литре крови. Однако само содержание лейкоцитов ни о чём ещё не говорит. Если вы попробуете сдать кровь на общий анализ сразу после интенсивной тренировки, то легко можете увидеть там и 12*10 в 9й степени клеток/л и больше. Это отражает лишь то, что ток крови усилился, а для лучшего снабжения мышц кислородом организм выбросил из своих «депо» резервный запас крови – в котором были не только эритроциты, но конечно и лейкоциты тоже.
Поэтому гораздо важнее соотношение отдельных популяций лейкоцитов, которых существует огромное множество. Раньше оно отражалось в виде т.н. лейкоформулы – процентного соотношения разных видов лейкоцитов в мазке крови. Сейчас лаборатории всё чаще переходят к количественному подсчёту этих видов в объеме крови.
Однако далеко не все и не всегда лейкоциты циркулируют в крови – скорее даже наоборот. Чаще всего мы видим в мазке крови только их часть, «путешествующую» из центральных органов иммунитета в периферические, либо из этих органов в ткани, и обратно.
Кроме того, клетки и молекулы иммунной системы циркулируют не только по кровеносному руслу. Важной «транспортной артерией» для них служит лимфа.
В отличие от лимфатической системы кровеносная вам уже должна быть достаточно хорошо знакома. Вы знаете, что в последней есть жидкая часть (плазма), в которой взвешены форменные элементы: клетки крови и утратившее ядро зрелые эритроциты и тромбоциты. В плазме содержится много белков, в т.ч. необходимых для системы свёртывания крови (фибриноген, факторы свёртывания и др.). Если отделённую от сгустка плазму крови некоторое время перемешивать в пробирке стеклянной палочкой, то можно увидеть, как на ней образуется белесоватый налёт – это нити белка фибрина, который и создаёт основу тромба, не давая нам истечь кровью из-за незначительных ранений. Дефибринизированная плазма называется сывороткой.
Однако она всё ещё содержит множество белков (в частности компоненты комплемента и антитела, о которых мы будем говорить позже), которые создают коллоидно-осмотическое давление в капиллярах кровеносного русла. Не вдаваясь глубоко в физколлоидную химию, просто поясним, что плазма за счёт белков тянет на себя воду из межклеточного пространства. Но там есть своя жидкость, со своими белками, и они работают точно также – «тянут одеяло на себя». Однако главное давление в кровеносной системе создают, конечно, не белки, а сердце, ритмично проталкивающее по ней кровь.
Гидростатическое давление крови достаточно велико, но нужно помнить, что мы в целом весьма герметичны, ничего из нас с каждым толчком сердца не выливается (а если выливается – это очень плохо, и пора звать медиков). Но находимся мы не в вакууме – снаружи на нас давит атмосфера и давит очень сильно: более 1 кг на каждый квадратный сантиметр тела (при 760 мм.рт.ст нормального атмосферного давления и общей площади поверхности тела взрослого человека 1,5-2 м2 суммарно получается аж 15-20 тонн!). Через поверхность кожи это давление передаётся на внутренние ткани, клетки и межклеточную (интерстициальную) жидкость. Нас не расплющивает только потому, что это давление уравновешивается направленным изнутри давлением растворённых в крови и тканях газов и гидростатическим давлением крови.
В итоге взаимного сложения противоборствующих сил образуется очень небольшой – всего 3 мм.рт.ст – градиент давления, направленный из капиллярного русла в ткани. Из-за него небольшое количество плазмы крови постоянно просачивается сквозь стенку капилляров наружу. Если бы эта утечка не была ничем скомпенсирована, то нас бы со временем раздуло до размеров слона: болезненное нарушение оттока жидкости от конечностей с их раздуванием так и называется – «слоновость». Этот же механизм составляет часть патогенеза развития отёков: помимо него там задействовано нарушение венозного возврата.
Но в здоровом организме такого обычно не происходит или происходит только временно. Потому что наряду с кровеносной системой существует параллельная сеть капилляров и сосудов. За счёт особых хитростей устройства в ней поддерживается небольшое отрицательное давление, в результате вся «утёкшая» в ткани жидкость дренируется через эту систему. Здесь она называется лимфой, а сама система – лимфатической. Её сосуды постепенно сливаются друг с другом во всё более крупные, пока, наконец, общий лимфатический проток не вольётся в крупные вены в районе ключицы, вернув, таким образом, все потери жидкости обратно в кровоток. Да ещё и с «довеском», потому что лимфа, например, служит для переноса всосавшихся в кишечнике жиров. В лимфатической системе они формируют жировые шарики хиломикроны.
Однако прежде чем влиться в кровь, лимфа должна пройти через небольшие, чуть больше горошины, но очень важные органы – лимфатические узлы. Они расположены группами в подкожной жировой клетчатке в районе паха, подмышек, на шее, в заушной области и под нижней челюстью. Обычно их почти невозможно нащупать, пока в лимфоузле не «поднимет кипеш» антигенпрезентирующая клетка, доставившая туда антигены проникших в близлежащие ткани патогенов. Либо пока в лимфоузел не попадёт сам возбудитель – например, чумная палочка при бубонной форме этой инфекции мигрирует в ближайшие лимфоузлы, вызывая в них гнойное воспаление – такой увеличившийся в размерах лимфоузел и называют чумным бубоном. Можно сказать, что лимфоузлы являются своего рода «магистральными фильтрами» нашего организма, вылавливая все оказавшиеся в тканях антигены. Взаимодействие клеточных популяций, происходящее при этом в лимфоузле, описано в основном тексте лекции.
Помимо лимфоузлов существуют скопления очень похожей на них по функциям лимфоидной ткани в разных органах и частях тела. Так, в подслизистом слое тонкого кишечника (и начальном отделе толстого) эти скопления носят названия пейеровых бляшек (по фамилии описавшего их в 17-ом веке швейцарского анатома И.К. Пейера).
Здесь они стоят на страже барьера между кишечным содержимым, полным чужеродной органики, и собственных тканей организма.
Есть лимфоидные скопления, которые можно относительно просто рассмотреть у человека – речь, конечно, идёт о нёбных миндалинах, которые в просторечии называют «гландами». Они расположены по обеим сторонам между дужками глотки. Неровная поверхность миндалин с глубокими впадинами-«криптами» способствует задержке частиц пищи, в которых содержащиеся здесь иммунные клетки выискивают антигены опасных для человека микроорганизмов. Нёбные миндалины, кстати, не единственные лимфоидные органы в этой части тела. На задне-верхней поверхности глотки, позади отверстий носовых хоан, в подслизистом слое находится непарная глоточная миндалина. Обычно она не видна, но при воспалении увеличивается в размерах, затрудняя свободный ток воздуха из носовой полости в носоглотку. Иногда настолько, что приходится эту миндалину, так же известную как аденоид, удалять. Аналогично поступают и с патологически увеличенными гландами – их воспаление называется тонзиллит, а операция удаления соответственно – тонзилэктомия.
Если гланды и аденоиды более-менее выражены у всех людей, по крайнем мере в детстве, то язычная (в корне языка) и две трубные (у глоточного отверстия слуховых труб) миндалины могут быть совсем небольшими скоплениями лимфоидных клеток. Все вместе эти образования формируют внутреннее лимфоидное кольцо шеи (по авторам – кольцо Пирогова-Вальдейра). Лимфатические сосуды связывают их с лимфоузлами шеи, образующими внешнее лимфоидное кольцо. Поэтому при ангине, например, увеличиваются не только миндалины, но и набухают лимфоузлы в области шеи.
Селезёнка своим строением и функциями напоминает очень крупный лимфоузел. Но хотя этот орган и не жизненно необходим (селезёнка иногда разрывается при травмах брюшной полости, а это чревато массивным внутренним кровотечением, и её приходится удалять), он несёт целый ряд важных функций, в т.ч. связанных с иммунной системой. Это одно из «депо крови», запасающее резервный её объём на случай интенсивной физической нагрузки или непредвиденных обстоятельств вроде ранения с кровопотерей. Как раз для ликвидации последней пригодится и запасённая здесь же треть всех наличных тромбоцитов организма.
Кроме того, селезёнка – это «кладбище эритроцитов». Красным кровяным тельцам отмерено всего 4 месяца напряжённой «трудовой жизни», в течение которой они обеспечивают газообмен между лёгкими и тканями. По окончании этого срока эритроциты задерживаются в селезёнке, разрушаются её макрофагами, а оставшийся гемоглобин связывается в цикле синтеза желчных пигментов и выводится кишечником.
Но самое главное – в селезёнке имеется специальная зона, где происходит размножение и созревание особой группы лейкоцитов – В-лимфоцитов. Их основная задача – синтез специальных молекул иммунной системы, знаменитых антител (их работа подробно описана во второй части основной лекции). Впервые эта группа клеток была открыта у птиц, где они образуются в птичьем аналоге селезёнки – фабрициевой сумке. Сумка по латыни – «бурса» (bursa), отсюда и название В-лимфоцитов. Когда при инфекциях заболеваниях требуется повышенная продукция антител и В-лимфоциты начинают активно размножаться, селезёнка увеличивается в размерах – развивается т.н. спленомегалия (от лат. «сплен» – селезёнка, и греч. «мегас» - большой).
Во время внутриутробного развития плода многие функции красного костного мозга и селезёнки несёт печень. После рождения эти функции в ней угасают, но зато на полную включаются многие другие: в частности в печени происходит синтез множества белков системы неспецифического иммунитета (С-реактивный белок, молекулы системы коплемента). Она является ещё одним «депо» крови. Кроме того, печень, кажущаяся такой однородной внешне, имеет уникальное гистологическое строение – это настоящий «зоопарк» разнообразных клеток, которые кооперируются друг с другом, позволяя печени играть десятки важнейших ролей в нашем организме: от эндокринных и иммунных до участия в пищеварении. Печень является мощным «фильтром» для крови, обезвреживания токсины и патогены, поступающие в первую очередь от ЖКТ по системе воротной вены. Для этого она буквально набита специализированными макрофагами – клетками Купфера. Печень, как и селезёнка, тоже может значительно увеличиваться при инфекционной патологии. Это явление носит название гепатомегалия, а когда увеличиваются оба органа – гепатоспленомегалия.
Однако у В-лимфоцитов существуют друзья-приятели – Т-лимфоциты. Они обозначены по названию другого важного органа иммунной системы – тимуса. Тимус, или вилочковая железа, представляет собой очень небольшое образование в переднем средостении.
Причём как функциональный орган он существует только у детей, а с возрастом подвергается инволюции, постепенно замещаясь жировой и соединительной тканью. Однако за столь непродолжительное время жизни тимусу нужно провести очень ответственную работу – отобрать из популяции лимфоцитов те, которые затем смогут опознавать абсолютные любые попадающие в организм антигены, даже те их конфигурации, которые природа ещё и создать не успела. При этом лимфоцит ни в коем случае не должен возбуждаться в ответ на молекулы собственного организма, иначе возникнет аутоиммунная патология. По этой причине отбор лифоцитов крайне жёсткий – только одна из тысяч клеток-предшественников, мигрировавших из красного костного мозга, успешно «сдаст экзамен» на право стать защитником организма и отправится в «пункт постоянной дислокации» в одном из лимфоузлов. Остальных немедленно уничтожат макрофаги тимуса (надеюсь, вы не слишком живо представили себя на месте Т-лимфоцита, для которого невыученный билет равен расстрелу на месте?).
Т-лимфоциты, в отличие от В-лимфоцитов, антитела не продуцируют. Но всё равно они играют важную роль для иммунитета – особенно для связи неспецифического и специфического иммунитета, для активации эффекторных клеток (макрофагов, нейтрофилов), а иногда и для усмирения их излишней активности. Этим занимаются две разные группы Т-лимфоцитов: Т-хелперы («помощники») и Т-супрессоры соответственно. Но не все Т-лимфоциты такие уж раздумчивые «миротворцы» и «дипломаты». Когда антигенпрезентирующая клетка активирует Т-лимфоцит, и тот начинает делиться, то часть его клонов дифференцируется не в хелперы или супрессоры, а «переходит на тёмную сторону» и превращается в цитотоксический лимфоцит или Т-киллер. Эти «киллеры» в организме предназначены в основном для уничтожения раковых и заражённых вирусами клеток. Они опознают их по изменившемуся ГКГ-I. Этот «родственник» ГКГ-II, экспрессируемого дендритными клетками (см. лекцию), имеется на всех клетках организма и служит как бы опознающим сигналом: «Я свой!».
Важная поправка: ГКГ-I есть на всех клетках, имеющих ядро. Эритроциты и тромбоциты поэтому лишены такого маркера. Чем и пользуются, например, паразитические простейшие – малярийные плазмодии. Из-за отсутствия ГКГ-I на мембране эритроцитов, иммунная система «не видит», что они заражены возбудителем малярии, и долгое время позволяет плазмодиям безнаказанно хозяйничать в нашей крови.
Под влиянием онкологического перерождения или атаки вирусов ГКГ-I меняет свою структуру. В результате Т-лимфоциты-киллеры слышат неправильный «пароль» на свои запросы и набрасываются на такие клетки. Можно сказать, что они устраняют «предателей» и «перебежчиков» среди клеток нашего организма. Так что, не смотря на такое устрашающее название, Т-киллеры выполняют очень важную и полезную для нас работу.
©Алекс Шел, октябрь 2022 г. При копировании и использовании материалов ссылка на источник обязательна