Підручник з Біології і екології. 11 клас. Шаламов - Нова програма

§ 38. Імунна система

Імунна система забезпечує захист організму завдяки лейкоцитам

Інколи всі заходи попередження захворювань не спрацьовують, і людина починає хворіти. Тоді до справи береться імунна система — сукупність біологічних структур організму, що беруть участь у його захисті шляхом пошуку й знищення небезпечних агентів: неклітинних, одно- і багатоклітинних паразитів, чужорідних тіл, отруйних речовин і перероджених клітин власного тіла. Основними «бійцями» цієї системи є різноманітні види лейкоцитів: лімфоцити, фагоцити й інші допоміжні клітини (рис. 38.1, А). Вони утворюються в червоному кістковому мозку, а дозрівають і розмножуються в решті органів лімфатичної системи1: тимусі (загрудинній залозі), лімфатичних вузлах і фолікулах (їх багато в мигдаликах і апендиксі), селезінці (рис. 38.1, Б).

Компоненти вродженого імунітету забезпечують неспеціалізований захист

Захист організму має три «лінії оборони»: захисні покриви2, вроджений (неспецифічний) імунітет і набутий (специфічний) імунітет. Захисна функція покривів реалізується завдяки наявності механічного бар'єру між організмом і навколишнім середовищем. У людини таким бар'єром є шкіра, а також слиз, сльози й сеча, що захоплюють мікроорганізми та часточки пилу на поверхні травної, дихальної, сечостатевої системи і виводять їх із організму. Понад те, хімічні речовини також беруть участь у захисті на рівні покривів: так, до складу сліз і слини входить фермент лізоцим, що здатний руйнувати клітинну стінку бактерій, а в шлунку міститься соляна кислота й протеази, які ефективно знищують мікробів, що потрапили всередину.

Рис. 38.1. Імунні клітини й органи

А. Об'ємні моделі основних груп лейкоцитів. Моноцити та лімфоцити складають 30-40 % усіх лейкоцитів крові й не мають у цитоплазмі зерен, що зафарбовуються, тоді як гранулоцити мають зерна й посегментоване ядро. Б. Лімфатична система людини є основним місцем «проживання» клітин імунної системи.

1 Іноді лімфатичну й імунну системи вважають однією й тією ж, оскільки органи й клітини обох систем є спільними. Тим не менш, лімфатична система виконує й інші функції, окрім захисної (наприклад, транспортує жири).

2 Захисні покриви (з точки зору наявності від народження) можуть розглядатися як елемент уродженого імунітету, хоча вони й не є частиною імунної системи.

Уроджений імунітет, подібно до захисних покривів, працює проти всіх чужорідних агентів, тобто є неспецифічним. Також, на відміну від набутого імунітету, він спрацьовує одразу після потрапляння збудника до організму. До його складу входять як гуморальні (розчинені в рідинах тіла речовини), так і клітинні компоненти (табл. 38.1). Завдяки вродженому імунітету відбувається первинне знищення небезпечних агентів та активація набутого імунітету.

Таблиця 38.1. Компоненти вродженого імунітету

Компонент

Природа

Функція

Система комплементу

Гуморальна

Зв'язування з поверхнею інфікованої чи переродженої клітини та руйнування її мембрани, приваблення імунних клітин

Медіатори запалення

Гуморальна

Приваблення імунних клітин до місця пошкодження, прискорення загоювання

Фагоцити

Клітинна

Поглинання й перетравлення чужорідних агентів

Природні кіллери

Клітинна

Виділення речовин, що вбивають ракові чи інфіковані вірусом клітини

Набутий імунітет заснований на взаємодії з антигенами

Найбільш досконалим, характерним винятково для хребетних тварин є набутий імунітет. У його основі лежить розпізнавання Т- і B-лімфоцитами1 компонентів чужорідних агентів — антигенів. Антигени — це речовини, які організм уважає нехарактерними для себе і які зв'язуються з антитілами чи рецепторами лімфоцитів. Таке зв'язування відповідає принципу «ключа й замка», згідно з яким тривимірна структура антигена має відповідати за просторовою формою антиген-зв'язувальній ділянці антитіла (білка-імуноглобуліна) чи рецептора (рис. 38.2). Саме ж зв'язування відбувається завдяки електростатичним, водневим й іншим міжмолекулярним зв'язкам. Завдяки тому, що окремі Т- і В-лімфоцити реагують лише на певний антиген, набутий імунітет є специфічним щодо до нього й чужорідного агента, його джерела.

Існують дві гілки набутого імунітету — клітинна й гуморальна (рис. 38.3). Перша з них реалізується за допомогою Т-лімфоцитів-кіллерів. Кожен із них має на поверхні унікальний рецептор, що здатний зв'язуватися з пептидним антигеном, який презентують інфіковані клітини чи фагоцити. Якщо просторова форма рецептора Т-кіллера відповідає структурі представленого антигена (як ключ до замка), то відбувається його активація й розмноження. Цьому можуть сприяти Т-лімфоцити-хелпери, виділивши певні речовини. Надалі численні Т-кіллери будуть зв'язуватися з клітинами, що презентують антиген, і знищуватимуть їх, «пробивши» отвори в мембрані за допомогою своїх токсинів. Здебільшого таким шляхом гинуть клітини, заражені вірусами, внутрішньоклітинними бактеріями чи клітиною пухлин. У 1908 році за відкриття клітинної ланки імунітету український вчений Ілля Мечников отримав Нобелівську премію з фізіології або медицини.

1 Дозрівання Т[те]-лімфоцитів відбувається в тимусі, тоді як В[бе]-лімфоцитів — у фабрицієвій сумці в птахів (латинською сумка — bursa). У людей В-лімфоцити дозрівають у кістковому мозку, але все одно позначаються літерою «В».

Рис. 38.2. Антитіла (імуноглобуліни)

А. Зв'язування антигена й антитіла відбувається відповідно до принципу «ключа й замка». Б. Модель будови імуноглобуліну G. Різними кольорами позначено важкі (синім) і легкі (фіолетовим) амінокислотні ланцюги.

Рис. 38.3. Механізм клітинної (ліворуч) і гуморальної (праворуч) ланок набутого імунітету

1. Інфікування клітини тіла.

2. Активація Т-кіллера.

3. Знищення інфікованої клітини.

4. Фагоцитоз збудника макрофагом.

5. Активація Т-хелпера.

6. Активація Т-хелпером Т-кіллера.

7. Активація B-лімфоциту Т-хелпером.

8. Активація B-лімфоциту антигеном.

9. Розмноження В-лімфоциту й перетворення на плазматичну клітину.

10. Утворення плазматичною клітиною антитіл.

За реалізацію гуморальної гілки набутого імунітету відповідають B-лімфоцити. На відміну від Т-кіллерів, вони не потребують презентації антигена іншою клітиною й здатні зв'язувати вільні антигени. Для цього вони використовують антитіла, що прикріплені до їхньої поверхні. Надалі під впливом Т-хелперів В-лімфоцити розмножуються й перетворюються в плазматичні клітини, які виділяють численні антитіла, що зв'язують антиген, блокують його дію й спричиняють знищення (наприклад, фагоцитами).

Для обох видів набутого імунітету характерним є явище імунної пам'яті. Спеціальні клітини пам'яті, які коли-небудь контактували з певним антигеном, зберігаються в організмі роками. Завдяки їм під час повторного потрапляння вже знайомого антигена до організму імунна відповідь розвивається швидше й сильніше. Саме на цьому й ґрунтується вакцинація: завдяки вакцині з антигенами в організмі існуватимуть клітини імунної пам'яті, завжди готові активувати потужний імунітет проти збудника.

Завдяки імунокорекції можна вилікувати порушення в роботі імунної системи

Оскільки основну функцію із захисту організму виконує імунна система, то, впливаючи на неї, можна сприяти швидшому одужанню. Ба більше, деякі захворювання безпосередньо спричинені порушенням у роботі імунної системи (табл. 38.2). Тому все більш поширеною стає імунотерапія — лікувальна дія на імунну систему з метою припинення хвороботворного процесу. Варто розуміти, що імунотерапія може бути спрямована як на зміну роботи власне імунної системи (наприклад, зменшення алергії), так і на певне порушення в організмі, завдяки використанню елементів імунітету (наприклад, уведення сироватки з антитілами проти певного збудника).

Таблиця 38.2. Імунні порушення

Група імунних порушень

Суть порушень

Приклади

Автоімунні хвороби

Імунна система атакує речовини й клітини власного організму

Цукровий діабет І типу, розсіяний склероз, псоріаз

Імунодефіцити

Пошкодження однієї з ланок імунітету, що спричиняє послаблення захисту

СНІД, важкий комбінований імунодефіцит

Алергії

Гіперчутливість імунної системи до безпечних речовин довкілля

Алергія на пилок рослин, сіно, укуси комах

Онкологічні порушення

Неконтрольоване розмноження імунних клітин

Лейкемія, лімфома

Якщо якась ланка імунітету працює неправильно, то для нормалізації її роботи використовують групу імунотерапевтичних методів, що мають назву імунокорекція. Стимулювальну імунокорекцію використовують здебільшого при лікуванні імунодефіцитів, особливо набутих. Для цього до організму в різній формі й різними шляхами можуть уводитись препарати, виготовлені із фрагментів клітин бактерій і дріжджів, екстракти з кровотворних органів і рослин (ехінацеї, женьшеню), синтетичні хімічні препарати. Завдяки ним відбувається активування імунних реакцій і покращення імунітету.

При алергіях та автоімунних порушеннях, навпаки, використовують пригнічувальну імунокорекцію, що послаблює імунні реакції. Її здійснюють за допомогою препаратів-імуносупресорів. Найчастіше — це кортикостероїдні гормони чи їх аналоги. Як імуносупресор може використовуватися й ультрафіолетове світло. Наприклад, так лікують шкірні автоімунні хвороби, як-от псоріаз (рис. 38.4): уражені ділянки обробляються спеціальним препаратом, що підвищує чутливість лімфоцитів до світла, й опромінюють. Унаслідок таких дій значна частина імунних клітин гине, що призводить до послаблення автоімунного процесу.

Зрештою, ефективними є способи замісної імунокорекції, за якої роботу дефектної ланки компенсують уведенням готових антитіл, імунних клітин чи регуляторів їх роботи. Утім таке заміщення є тимчасовим і потребує регулярного повторення. Щоб заміщення мало тривалий ефект, здійснюють трансплантацію кісткового мозку. Іншим перспективним напрямком є генна терапія, що дозволяє замінити ген, який спричиняє саме порушення роботи імунної системи (докладніше про це йтиметься в § 43).

Рис. 38.4. Псоріаз і його фототерапія

А. Хвороба починається з появи на шкірі червоних плям, найчастіше на ліктях, колінах і сідницях. Б. Терапія за допомогою ультрафіолетового світла може здійснюватися навіть у домашніх умовах.

Імунотерапія дозволяє боротися з інфекціями й раком

Розвиненим напрямом імунотерапії є боротьба зі збудниками інфекційних хвороб. Для цього часто використовують препарати, що стимулюють роботу імунної системи. Наприклад, для посилення противірусного імунітету використовують інтерферони чи речовини, що стимулюють їх вироблення. Крім того, пасивні способи імунотерапії, як-от сироватку з готовими антитілами (антисироватку), застосовують під час отруєнь (зокрема, ботуліністичним токсином або після укусу змій) чи інфекцій.

Окремою розвиненою галуззю імунотерапії є лікування раку. Один із найпоширеніших її видів полягає у використанні специфічних антитіл проти антигенів ракових клітин. Завдяки зв'язуванню антитіл із поверхневими білками клітин пухлин, вони активніше розпізнаються й знищуються імунними клітинами (рис. 38.5). Іншим шляхом використання антитіл є блокування ними пухлинних білків, які пригнічують імунну відповідь. За відкриття цього способу імунотерапії раку Тасуку Хондзьо та Джеймс Еллісон у 2018 році отримали Нобелівську премію з фізіології або медицини.

Імунотерапія використовується також у трансплантології для послаблення реакції відторгнення трансплантату. Під час відторгнення імунна система атакує чужорідний пересаджений орган, тому й виникає потреба в пригніченні (супресії) імунітету. Часто реципієнтам/реціпієнткам донорського органу доводиться вживати імуносупресорні препарати протягом решти життя. Ще одним важливим напрямом є попередження розвитку гемолітичної хвороби новонароджених унаслідок резус-конфлікту1. Для цього використовують спеціальні антитіла проти окремих материнських імунних клітин.

1 Резус-конфлікт виникає тоді, коли мати є резус-негативною, а плід — резус-позитивним. Під час нього материнські лімфоцити знищують еритроцити ембріону, оскільки ті несуть резус-антиген.

Рис. 38.5. Знищення клітин злоякісної пухлини за участю терапевтичних антитіл

Життєві запитання — обійти не варто!

Елементарно про життя

• 1. В-лімфоцити відрізняються від Т-лімфоцитів тим, що

  • А мають зафарбовані зерна в цитоплазмі
  • Б дозрівають у тимусі
  • В здатні утворювати антитіла
  • Г забезпечують набутий імунітет

• 2. Під час системного червоного вовчаку відбувається загибель клітин сполучної тканини внаслідок атаки на них власних лімфоцитів. Яку імунокорекцію можна застосувати для полегшення цієї недуги?

  • А стимулювальну
  • Б пригнічувальну
  • В замісникову
  • Г специфічну

• 3. Імунотерапія раку, проілюстрована на рисунку 38.5, є прикладом використання

  • А гуморальної ланки вродженого імунітету
  • Б штучно отриманих імунних клітин
  • В гуморальної ланки набутого імунітету
  • Г імунокорекції для лікування хвороб

• 4. Імунна відповідь під час повторного контакту з антигеном, порівняно з нею під час першого контакту, через наявність клітин імунної пам'яті відбувається

  • А швидше
  • Б слабше
  • В аналогічно
  • Г понаднормово

• 5. Увідповідніть етап імунного захисту з прикладом його реалізації.

  • 1 захисні покриви
  • 2 уроджений імунітет
  • 3 набутий імунітет
  • А поїдання фагоцитами бактерій, що потрапили до місця порізу
  • Б збільшення виділення слизу в носовій порожнині під час респіраторної інфекції
  • В утворення антитіл проти вірусних частинок грипу

У житті все просто

• 6. Доведіть на прикладах, що між уродженим і набутим імунітетом існує взаємозв'язок.

• 7. Порівняйте у вигляді таблиці різні види імунокорекції.

• 8. Що спільного та відмінного між пригніченням реакції відторгнення трансплантату й імунокорекцією? Чи можна вважати таке використання імунотерапії у трансплантології імунокорекцією?

У житті не все просто

• 9. В організмі людини потенційно може вироблятися кілька десятків мільйонів різних антитіл, хоча в нашому геномі всього близько 20 тис. генів. Як вдається створювати таке величезне різноманіття антитіл?

• 10. Чому імунна система в нормальному стані не реагує на антигени, що є у власному організмі? Як вона відрізняє «своє» від «чужого»?

• 11. Відкриття гуморальної й клітинної гілок імунітету відбувалося в один час, що призвело до появи наукової дискусії щодо механізму імунітету. Хто брав у ній участь і хто мав рацію?