Специфические механизмы защиты /приобретенный иммунитет, иммунный ответ/ предполагают распознавание клетками иммунной системы генетически чужеродных субстанций /антигенов/ и специфическое реагирование на них, которое может проявляться в виде нескольких реакций :
- образование антител /иммуноглобулинов/
- иммунологическая память
- иммунологическая толерантность /специфическая безответность/
- гиперчувствительность немедленного типа /аллергия/
- гиперчувствительность замедленного типа /аллергия/
- идиотип-антиидиотипическое взаимодействие. Эти реакции и в целом иммунный ответ являются функцией иммунной системы.
Иммунная система - это совокупность всех лимфоидных органов и клеток, образующих единый диффузный орган иммунитета. Клетки этого органа постоянно циркулируют с кровотоком по всему телу. Главной клеткой иммунной системы является лимфоцит. Центральные органы иммунитета - тимус /вилочковая железа/ и костный мозг. В них происходит дифференциация, т.е. развитие и "обучение" лимфоцитов, которые становятся, соответственно, Т-лимфоцитами и В-лимфоцитами. Периферические органы иммунитета - селезёнка, лимфоузлы, лимфатические фолликулы /бляшки/, циркулирующие в крови моноциты. В этих органах происходит формирование конкретного иммунного ответа. Иммунный ответ осуществляют иммуно-компетентные клетки /иммуноциты/, т.е. Т-лимфоциты, В-лимфоциты и макрофаги, в ходе их кооперации с участием медиаторов /химических посредников/.
Различают гуморальный иммунный ответ /выработка антител, формирование аллергии немедленного типа/ и клеточный иммунный ответ, связанный с накоплением сенсибилизированных Т-лимфоцитов /гиперчувствительность замедленного типа и др./.
Иммунный ответ контролируют гены I-области 6-й пары хромосом человека. Пусковым механизмом для любой иммунологической реакции является контакт иммунной системы с антигеном.
Антигенаминазывают вещества, которые несут признаки генетической чужеродности и при введении в организм вызывают развитие иммунологических реакций. Если вещество вызывает развитие аллергии, его называют аллергеном. Условия, при которых вещество может быть антигеном:
I/ чужеродность /по отношению к иммунной системе конкретного организма/
2/ достаточно большая молекулярная масса /более 10 килодальтон/
3/ достаточно сложная структура
4/ жесткое расположение детерминантных групп в молекуле
5/ хорошая растворимость во внутренней среде организма.
Антигенами являются: белки различного происхождения, сложные полисахариды, липополисахариды, комплексы белков с липидами или нуклеиновыми кислотами. Не являются антигенами: простые неорганические и органические соединения, липиды, чистые препараты нуклеиновых кислот. Для полноценных антигенов характерны следующие свойства: чужеродность, антигенность, иммуногенность и специфичность. Чужеродность - признак /"печать"/ работы чужого генома /организма/. Он появляется при высокой уровне организации биомолекул /например, отсутствует у аминокислот или пептидов, но появляется у сложных белков/. "Чужеродность относительна /кроличий белок альбумин не чужероден для кролика, но чужероден для мыши или морской свинки/. Антигенность - способность вызывать иммунологические реакции большей или меньшей степени выраженности /например, глобулин обладает большей антигенностью, чем альбумин, т.к. после введения глобулина образуется больше антител/. Иммуногенность - способность вызывать формирование иммунитета /невосприимчивости к микробам или токсинам/. Например, антигены возбудителя брюшного тифа или кори более иммуногенны, чем антигены возбудителя дизентерии, после которой нет стойкого иммунитета и бывают повторные заболевания. Специфичность - это то, чем антигены отличаются друг от друга. Она определяется их химической структурой. Наиболее значимые для специфичности химические группы /антигенные детерминанты/: обладают гидрофильностью, концентрируют определенный заряд и ориентированы наружу. Количество антигенных детерминант /валентностей/, присоединяющих I молекулу антитела, у разных антигенов колеблется от 10 до 1000 и более.
По специфичности различают следующие типы антигенов:
I/ видовой антиген, определяется у всех представителей данного вида и отсутствует у представителей других видов /у микробов, животных, человека его можно выявить в реакции с видоспецифическими иммунными
сыворотками/,
2/ типовой антиген, обусловливает различие среди особей одного вида; например, возбудитель дизентерии Флекснера имеет 6 антигенных вариантов - сероваров. У человека различают более 70 изоантигенов, обусловливающих различия по группам крови, резус-фактору, антигенам тканевой совместимости. Несовпадение по изоантигенам донора и реципиента может быть причиной реакции отторжения пересаженной ткани или органа,
3/ гетерогенный антиген, является общим для представителей разных видов; так, у возбудителя чумы и других микробов есть общие антигены с тканями человека /антигенная мимкрия/; общие антигены могут быть у представителей разных видов микробов, входящих в одно семейство, или весьма отделённых /групповые антигены/,
4/ аутоантигены - это вещества, способные иммунизировать тот организм
из которого они получены. Нормальными аутоантигенами являются ткани
организма, которые в норме не соприкасаются с иммунной системой
/мозг, хрусталик глаза, семенники/; они в случае травмы могут иммунизировать организм. Патологическими аутоантигенами могут быть патологически измененные ткани после обморожения, ожога, облучения, действия микробных токсинов.
Все антигены можно разделить на полноценные, обладающие всеми свойствами антигена, и неполноценные /гаптены/. Гаптенами называют вещества, не способные при введении в организм вызывать иммунологические реакции, но вступающие в специфические реакции с готовыми антителами или иммуноцитами. Гаптены становятся полноценными антигенами после укрупнения молекулы /соединения с белком, полисахаридом или другим носителем/. Гаптенами могут быть: несложные полипептиды, липидн, нуклеиновые кислоты, простые органические вещества, антибиотики, формальдегид и др. Простые гаптены при взаимодействии с соответствующими антителами не дают видимой реакции осаждения /преципитации/, а сложные гаптены - дают /выпадает осадок/. Проникая в организм, гаптены могут соединяться с его белками /свободными или в составе клеток/ и становиться полноценными антигенами, иммунизируя организм. Это может приводить к патологическим состояниям /контактные дерматиты у рабочих на производстве антибиотиков или витаминов, аллергические реакции после введения лекарств; если гаптен имеет сродство к клеткам крови, может развиться анемия, лейкопения или пурпура/.
Микробные антигены. К ним относят: целые микробные клетки /убитые и живые/, токсины, продукты распада клеток, извлекаемые из клеток фракции. В антигенной структуре микробной клетки различают: Н-антиген /белковый антиген жгутиков/, К-антиген /поверхностный белковый или полисахаридный антиген оболочки/, О-антиген /липополисахарид клеточной стенки, соматический антиген/, цитоплазматические антигены. Протективным антигеном микроба называют антиген с наибольшей антигенностью и иммуногенностью, который при введении способствует формированию стойкого иммунитета. Поэтому протективные антигены вводят в состав вакцин. Цели изучения микробных антигенов:
- определение вида и варианта /идентификация/ возбудителя по антигенной структуре,
- быстрая индикация /обнаружение/ микробов в исследуемом материале иммунологическими методами /при помощи иммуноглобулиновых препаратов
- конструирование антигенных препаратов /диагностикумов, аллергенов/ для диагностики инфекционных заболеваний по иммунному ответу организма /серодиагностика - обнаружение антител, аллергодиагностика - обнаружение сенсибилизированных лимфоцитов,
- создание вакцин и сывороток для профилактики и лечения инфекций.
Препараты микробных антигенов можно получить из культуральной жидкости /секретируемые/ или путем разного рода воздействий на клетки /нагреванием - 0-антиген, обработкой формалином - Н-антиген; используют также ультразвуковую дезинтеграцию, фракционирование, химическую экстракцию и т.д./. Антигены можно создать в лабораторных условиях путём химического синтеза /синтетические антигены/.
Антитела- это белки животного происхождения, образуемые лимфоидными органами позвоночных при внедрении антигенов и способные вступать с ними в специфическое взаимодействие. Они отличаются особым строением и свойствами, входят в состав гамма-глобулиновой фракции сыворотки крови и поэтому их называют иммуноглобулинами.
Свойства антител: специфичность и ряд физико-химических особенностей Специфичность - способность вступать в реакцию только с тем антигеном, который вызвал их образование.
Физико-химические свойства; а/ относительная термостабильность, б/ относительная устойчивость к действию протеаз, в/ устойчивость к денатурации этанолом при 0-4°С, г/ осаждаются без денатурации нейтральными солями /сульфатом аммония и др./. Эти свойства используются при получении иммуноглобулиновых препаратов.
Различают 5 классов иммуноглобулинов (Ig ), отличающихся по массе /150 - 900 КД/, физико-химическим свойствам, строению и функциональным особенностям: G , М, А, Е, Д. Основную массу сывороточных иммуноглобулинов составляют антитела трёх классов: IgG /70-80%/, IgA /10-15%/ и IgM /5-10%/; остальные / IgE и IgD / - 0,2 %.
Строение иммуногдобулина /IgG , мономер/. IgG состоит из 4 полипептидных цепей, соединенных дисульфидными связями: пары идентичных тяжёлых /50 КД/ и пары идентичных лёгких /23 КД/ цепей с шарнирным участком в середине молекулы. При обработке протеолитическим ферментом папаином IgG распадается на 3 фрагмента: 2 идентичных с активными центрами /антидетерминантными группами/ - Fаb1 и Fаb2 , способных вступать в реакцию с антигеном, и фрагмент Fс /кристаллизующийся, константный/, не вступающий в связь с антигеном. Свободные концы /активные центры/ обоих Fab фрагментов составлены из вариабельных участков - тяжелой и легкой цепи. Конфигурация активного центра повторяет пространственную структуру антигенной детерминанты в виде полости /как перчатка повторяет форму руки/. Остальные участки молекулы константны т.е. имеют одинаковые аминокислотные последовательности у антител разной специфичности. Этими участками /Fс/ антитела могут адсорбироваться, например, на специальных рецепторах иммуноцитов.
IgG двухвалентны – имеют 2 активных центра, IgM пятивалентны – имеют 5 активных центров/ пентамер /.
Краткая характеристика классов иммуноглобулинов.
IgC - сывороточные антитела /150 КД/ , в большом количестве образуются при повторном поступлении антигена, проходят через плаценту, высокоспецифичны, нейтрализуют микробные частицы и токсины, взаимодействуют с гаптенами.
IgM - сывороточные антитела /900 КД/, появляющиеся в 1-е дни после 1-го контакта с антигеном, менее специфичны, чем IgG , не проходят через плаценту, но могут быть в секретах на слизистых оболочках, активно связывают комплемент, участвуют в лизисе клеток.
IgA - содержатся в сыворотке крови /мономер, 170 КД/ и в секретах /молоке, на "слизистых оболочках - димер, 430 КД/. При прохождении /из кровеносного русла/ через эпителий они приобретают "секреторный компонент", который предохраняет молекулу от разрушения ферментами секретов. IgA имеет большое значение в создании местного иммунитета, препятствуя адгезии микробов к эпителиоцитам и колонизации ими слизистых оболочек.
IgE - сывороточные термолабильные антитела-реагины /190 КД/; обладают цитофильностью /фиксируются на клетках/, способствуя развитию аллергических реакций немедленного типа; не проходят через плаценту; усиливают проницаемость сосудов.
IgD - сывороточные термолабильные антитела /180 КД/, функции которых
уточняются.
Различают полные и неполные антитела. Полные антитела имеют 2 или более валентности и образуют с антигеном комплексные соединения /сетевые структуры/. Так как I молекула антитела может связываться с 2 и более антигенами, то приводит к изменению физико-химического состояния антигена и видимым феноменам - агглютинации /образуются хлопья/, преципитации /выпадает осадок/ и др. Неполные антитела /блокирущие/ моновалентны, т.к. имеют I активный центр. Они не дают сетевых структур и не, обнаруживаются в прямых реакциях иммунитета /их обнаруживают непрямыми методами - путём нейтрализации антигена или в антиглобулиновом тесте Кумбса/.
Динамика накопления антител различна в зависимости от того, первично или вторично поступает данный антиген в организм. При первичном иммунном ответе антитела могут быть обнаружены в крови через 3-4 дня после контакта с антигеном. Это латентная /индуктивная/ фаза иммуногенеза - период скрытого антигенного раздражения и кооперативного взаимодействия иммуноцитов, в результате чего из В-лимфоцитов образуются и накапливаются плазматические клетки, продуцирующие антитела /продуктивная фаза иммуногенеза/. Максимальное количество антител отмечается на 7-20 день; после этого наблюдается снижение титра до минимума, который наступает через 2-3 месяца. С начала продуктивной фазы (Образуются IgM , затем дополнительно продуцируются IgG и IgA, Вторичный иммунный ответ имеет следующие отличия: а/ укороченный латентный период, б/ более быстрый подъём концентрации антител,
в/ более высокие значения максимальных титров /в 3 и более раз/
г/ вырабатываемые антитела относятся к IgG . Способность к такому усиленному ответу сохраняется до нескольких лет и является одним из проявлений иммунологической памяти, которая поддерживается в организме за счет сенсибилизированных Т-лимфоцитов. Эти закономерности иммуногенеза лежат в основе современных методов вакцинации /ревакцинации/.