какой орган отвечает за кроветворение у человека
Как зарождается кровь в нашем организме?
Кровь – это уникальная жидкая соединительная ткань, в структуре которой выделяют жидкую среду – плазму, красные и белые форменные элементы крови. Ее движение по замкнутой системе осуществляет сердце. Но откуда появляется кровь в организме? Как происходит этот процесс?
Гемопоэз или как зарождается кровь
Кровь не может возникать ниоткуда. Это сложный процесс, который контролируется многими органами и системами и называется гемопоэзом. В ходе этого процесса происходит превращение стволовой в зрелые клетки крови. Когда рождаются эритроциты, этот процесс называется эритропоэом, лейкоциты – лейкпоэзом, тромбоциты – тромбоцитопоэзом и др.
Стволовые гемопоэтические клетки, то есть те, из которых организм может сделать кровь, сосредоточены в красном костном мозге, но их циркуляция может осуществляться в органах, не относящихся к кроветворению.
Содержание клеток в крови у относительно здорового человека стабильно, но при некоторых адаптационных процессах, например, в условиях высокогорья, кровопотери или инфекции, дифференцировка этих клеток ускоряется, что и отображается в анализе крови.
Известно, что ежедневно теряется 2-5 миллиардов клеток, но они замещаются равным количеством новых. Поэтому гемопоэз не прекращается на протяжении всей жизни. Учеными был подсчитан общий вес клеток, которые образуются за всю жизнь (примерно 70 лет): 460 кг эритроцитов, 40 кг тромбоцитов и 275 кг лимфоцитов.
Представление о гемопоэзе основано не теории А.А. Максимова о стволовых клетках. Согласно этой теории, существует одна клетка-прародитель, которая впоследствии может превратиться в любую клетку крови, будь то эритроцит, тромбоцит или лимфоцит. Существует 2 основные линии, схемы кроветворения: лимфоидная, в ходе которой образуются различные виды лимфоцитов, и миелоидная, ведущая к образованию всех остальных клеток крови.
Гемопоэтические стволовые клетки
Стволовые клетки уникальны по своей природе, они могут превращаться не только в клетки крови, но и в клетки других тканей, например, воспроизводить все ткани плода во время внутриутробного развития, уже после рождения строить ткани внутренних органов, крови и т.д.
Для всех стволовых клеток характерен ряд общих свойств:
их строение уникально, т.к. отсутствуют структурные компоненты. А вот строение клетки крови значительно отличаются, ее компоненты выполняют определенные функции;
способны делиться на десятки, сотни и тысячи клеток;
могут перерождаться и превращаться в зрелые клетки, а их строение соответствует ее типу;
способны к асимметричному делению: если в этом процессе образуется одна стволовая клетка, то вторая превращается в специализированную;
могут перемещаться в очаги повреждения и в буквальном смысле латать дыры, так и происходит регенерация тканей, например, кожи при ее повреждениях.
Где получается кровь?
После рождения главным органом гемопоэза является красный костный мозг, который сосредоточен в большинстве костей, например, ребрах, грудине, а также эпифизе трубчатых костей.
Регуляция процесса образования крови происходит в соответствии с потребностями организма. Чтобы запустить процесс дифференцировки стволовых клеток, нужен сигнал, который поступает от цитокинов, гормонов, которые «рассказывают» о составе крови. И именно они тормозят или ускоряют процесс кроветворения.
В этом процессе принимают участие и играют важную роль витамины, макро- и микроэлементы и, конечно, вода.
Витамин В12 и В9 (фолиевая кислота) участвуют в процессе созревания и деления клеток. Железо и медь необходимы для синтеза гемоглобина, а также для созревания эритробластов – предшественников эритроцитов.
Или формирование эритроцитов, которое происходит в костном мозге тазовых и других костей, а у малышей – в эпифизе трубчатых костей. Срок жизни эритроцитов 3-4 месяца, а их утилизация (апоптоз) происходит в печени и селезенке.
Прежде чем выходить в кровь, будущие эритроциты проходят через последовательные стадии созревания, соответствующие красному ростку кроветворения.
Стволовая клетка дает клетку-предшественник – унипотентную клетку, которая имеет рецепторы к эритропоэтину – гормону, вырабатываемому почками, он и контролирует созревание красных кровяных клеток.
Колониеобразующая единица эритроцитов дает начало эритробласту, и через несколько стадий развития они дают «потомство» по следующей схеме:
несколько последовательных форм нооцитов;
нооцит – зрелый эритроцит, когда он выходит в кровоток и за непродолжительное время становится полноценным эритроцитом.
Лейкоциты могут образовываться в ходе последовательных клеточных превращений, происходящих в органах кроветворения, он начинается в красном костном мозге.
Различают 5 типов лейкоцитов: гранулоциты – это нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, и агранулоциты, к числу которых относят моноциты и лимфоциты. Они и составляют лейкоцитарную формулу.
Из стволовой клетки I класса образуется клетка-предшественник миелопоэза или лимфопоэза. И уже эти клетки через определенное число делений и этапов дифференцировки превращаются в зрелые лейкоциты, причем у каждого вида лейкоцита количество этих стадий неодинаково.
Регуляция процесса кроветворения – сложнейшая и генетически обусловленная система. Любые нарушения в этой системе, будь то нарушения выработки гормонов или же болезни, приводят к нарушению нормального состава крови и развитию тех или иных заболеваний.
Так как циркулирует кровь по всему организму, она, можно сказать, является переносчиком информации и может многое рассказать о состоянии здоровья, главное – уметь интерпретировать полученные результаты, но об этом в других материалах.
Текст: Юлия Лапушкина
Врач-стоматолог, консультант по здоровому питанию, ГВ, детскому, женскому и мужскому здоровью, профилактике болезней, здоровому образу жизни и активному долголетию.
КРОВЕТВОРНЫЕ ОРГАНЫ
КРОВЕТВОРНЫЕ ОРГАНЫ (син.: органы кроветворения, гемопоэтические органы) — органы, главной функцией которых является образование форменных элементов крови. К кроветворным органам человека относят вилочковую железу (см.), костный мозг (см.), лимфатические узлы (см.), селезенку (см.). Название «кроветворные органы» в значительной мере условно, т. к. кроветворение в них, за исключением костного мозга, осуществляется в основном лишь в антенатальном периоде, а после рождения интенсивность его быстро снижается. Ввиду тесной функциональной связи Кроветворных органов и крови Г. Ф. Ланг (1939) предложил объединить их под общим понятием «система крови».
С. П. Боткин (1875) впервые указал на роль селезенки в депонировании крови и высказал предположение о влиянии нервной системы на функцию К. о. Работами В. Н. Черниговского и А. Я. Ярошевского (1953), Я. Г. Ужанского (1968), Н. А. Федорова (1976), Меткалфа и Мура (D. Metcalf, М. А. Moore, 1971) показано важное значение нервных и гуморальных факторов в регуляции деятельности К. о. В 1927 г. М. И. Аринкин предложил метод пункции грудины (см. Стернальная пункция) для прижизненного исследования костного мозга.
В процессе эволюции происходит изменение топографии кроветворения, усложнение структуры и дифференциация функций К. о. У беспозвоночных, которые еще лишены четкой органной локализации кроветворной ткани, клетки гемолимфы (амебоциты) рассеяны диффузно. Очаги кроветворения, имеющие органную специфику, впервые появляются в стенке пищеварительного канала у низших позвоночных (круглоротые, двоякодышащие рыбы). В этих очагах основу составляет ретикулярная ткань, имеются широкие капилляры (синусоиды). У хрящевых и костистых рыб формируется обособленный К. о.— селезенка, появляется вилочковая железа. Очаги кроветворения, гл. обр. гранулоцитопоэза, имеются также в мезонефросе, интерренальной железе, гонадах, эпикарде. У костных ганоидов (панцирная щука) впервые отмечается локализация кроветворения в костной ткани, а именно в полости черепа над областью IV желудочка. На этом этапе эволюции стенка кишки уже не является основным К. о., однако у рыб и вышестоящих классов позвоночных в ней сохраняются очаги лимфоцитопоэза. У хвостатых амфибий кроветворение сосредоточено в селезенке, краевой зоне печени, в мезонефросе, эпикарде. У бесхвостых амфибий К. о. являются селезенка и костный мозг, который функционирует только сезонно (весной). Небольшие скопления лимф, ткани — примитивные предшественники лимф, узлов — появляются в подмышечных и паховых областях. Т. о., у земноводных намечается органное разделение собственно кроветворной и лимф, ткани, к-рое становится более отчетливым на следующих стадиях эволюции. У рептилий и птиц кроветворение сосредоточивается в костном мозге; селезенка выполняет в основном функции лимфоцитопоэза и депонирования крови. У водоплавающих птиц возникает две пары лимф, узлов. У птиц, в отличие от других позвоночных, наряду с вилочковой железой имеется своеобразный лимфоэпителиальный орган — фабрициева сумка, с к-рой связано происхождение B-лимфоцитов, осуществляющих гуморальные реакции иммунитета.
У млекопитающих и человека основным К. о. становится костный мозг, развивается система лимф, узлов. Селезенка утрачивает функцию образования клеток красного ряда, гранулоцитов, мегакариоцитов и только у некоторых млекопитающих <однопроходные, сумчатые, насекомоядные, низшие грызуны) сохраняет очаги эритроцитопоэза.
На ранних стадиях эмбрионального развития человека примитивные клетки крови образуются в стенке желточного пузыря и вокруг сосудов в мезенхиме тела зародыша. Со 2-го до 5-го мес. развития основным К. о. является печень, в к-рой вначале преобладает интраваскулярный гемопоэз над экстраваскулярным, впервые появляются гранулоциты, Мегакариоциты. Селезенка как К. о. активно функционирует с 5-го по 7-й мес. развития. В ней осуществляется эритроцито-, гранулоцито- и мегакариоцитопоэз, лимф. ткань развита еще слабо. Активный лимфоцитопоэз возникает в селезенке с конца 7-го мес. внутриутробного развития. В закладках лимф, узлов, образующихся на 2-м мес. развития, имеет место универсальный гемопоэз, который в дальнейшем исчезает; лимфоцитопоэз появляется на 11-й нед., но заметно нарастает во второй половине внутриутробного развития. В антенатальном и постнатальном периоде основное значение в формировании и функционировании лимфоидных органов принадлежит вилочковой железе, развитие к-рой в фило- и онтогенезе предшествует образованию лимф, узлов. С 5-го мес. развития основным К. о. становится костный мозг.
В раннем детском возрасте во всех плоских и длинных трубчатых костях содержится красный (деятельный) костный мозг, который после 4 лет постепенно замещается жировыми клетками. К 25 годам диафизы трубчатых костей уже целиком заполнены желтым (жировым) костным мозгом, в плоских костях жировые клетки занимают ок. 50% объема костномозговых полостей. К моменту рождения ребенка вилочковая железа хорошо развита, богата лимфоцитами. Структура селезенки, лимф, узлов продолжает формироваться до 10—12 лет. В этот период в них возрастает количество лимф, ткани, оформляются фолликулы, совершенствуется строение капсулы, трабекул, синусов, сосудов. Первые признаки возрастной инволюции вилочковой железы появляются уже в детском возрасте, селезенки и лимф, узлов — после 20—30 лет. При этом имеет место постепенное уменьшение количества лимфоцитов, разрастание соединительной ткани, увеличение числа жировых клеток в вилочковой железе и лимф, узлах вплоть до почти полного замещения ими ткани этих органов.
К. о., характеризуясь определенными анатомо-физиол, особенностями, имеют общие черты строения. Их строма представлена ретикулярной тканью (см.), паренхима — кроветворными клетками. Эти органы богаты элементами, относящимися к системе мононуклеарных фагоцитов. Характерным является наличие капилляров синусоидного типа. В синусах между эндотелиальными клетками имеются поры, через которые ткань К. о. непосредственно осуществляет контакт с кровяным руслом. Такое строение обеспечивает транспорт клеток крови, а также поступление из крови в К. о. гуморальных факторов. В К. о. в большом количестве содержатся миелиновые и безмиелиновые нервные волокна, найдены инкапсулированные рецепторы. Тесное взаимодействие структур этих органов обеспечивает многообразие их функций. Так, строма К. о., являясь опорной тканью, в то же время играет роль в создании микроокружения, индуцирующего кроветворение. В костном мозге в процессах транспорта железа наряду с эритроидными клетками принимают участие элементы стромы. Это подтверждено морфологически наличием эритробластических островков, состоящих из ретикулярной клетки, окруженной эритроидными клетками. В лимфоидных органах при индукции иммунного ответа между макрофагом и расположенными вокруг лимфоцитами обнаружены цитоплазматические мостики, обеспечивающие тесные межклеточные контакты.
Костный мозг структурно и функционально тесно связан с костной тканью. В опытах in vitro с мышиным костным мозгом показана роль клеток эндоста в регуляции гранулоцитопоэза.
Костный мозг человека является главным местом образования клеток крови. В нем содержится основная масса стволовых кроветворных клеток и осуществляется эритроцитопоэз, гранулоцитопоэз, моноцитопоэз, лимфоцитопоэз, мегакариоцитопоэз. Костный мозг участвует в разрушении эритроцитов, реутилизации железа, синтезе гемоглобина, служит местом накопления резервных липидов. Благодаря наличию большого количества мононуклеарных фагоцитов в костном мозге, селезенке, лимф, узлах осуществляется фагоцитоз (см.).
Селезенка — наиболее сложный по строению К. о. человека. Принимает участие в лимфоцитопоэзе, разрушении эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов, накоплении железа, синтезе иммуноглобулинов. В ее функцию входит также депонирование крови. Лимфатические узлы продуцируют и депонируют лимфоциты.
Селезенка, лимф, узлы и вилочковая железа являются составными частями лимф, системы, ответственной за выработку иммунитета (см.).
В эту систему входят также лимф, образования по ходу жел.-киш. тракта. Центральным органом системы иммуногенеза является вилочковая железа. Установлено важное значение вилочковой железы в образовании популяции Т-лимфоцитов (тимусзависимых), дифференцирующихся из костномозговых предшественников и участвующих в клеточных реакциях иммунитета. Происхождение популяции B-лимфоцитов (тимуснезависимых), осуществляющих гуморальные реакции иммунитета, связывают с костным мозгом.
В К. о. через лимфу и кровь постоянно происходит рециркуляция лимфоцитов. Лимфоидная ткань селезенки и лимф, узлов представлена Т- и B-лимфоцитами. T-лимфоциты располагаются в лимф, узлах в паракортикальной зоне, в селезенке — около центральных артерий. В-лимфоциты локализуются в центрах размножения фолликулов и мозговых тяжах лимф, узлов, в периферических отделах лимф, фолликулов селезенки.
Определенное влияние на деятельность К. о. оказывает нервная система. Важное значение в регуляции деятельности К. о. имеют гуморальные факторы, среди которых наиболее подробно изучен эритропоэтин (см.). Получены данные о существовании лейкопоэтинов (см.), тромбоцитопоэтинов (см.), а также гуморальных факторов, оказывающих ингибирующее влияние на гемопоэз.
Воздействие на К. о. таких чрезвычайных факторов, как ионизирующая радиация, гипоксия, хим. яды и др., может вызывать развитие анемии (см.), лейкопении (см.), тромбоцитопении (см.).
Библиография: Агеев А. К. T-и В-лимфоциты, распределение в организме, функционально-морфологическая характеристика и значение, Арх. патол., т. 38, № 12, с. 3, 1976, библиогр.;
Волкова О. В. и Пекарский М. И. Эмбриогенез и возрастная гистология внутренних органов человека, М., 1976, библиогр.; 3аварзин А. А. Очерки эволюционной гистологии крови и соединительной ткани, в. 1, М., 1945, в. 2, М.— Л., 1947; Ланг Г. Ф. Болезни системы кровообращения, М., 1958; Максимов А. А. Основы гистологии, ч. 2, с. 91, Л., 1925; Нормальное кроветворение и его регуляция, под ред. Н. А. Федорова, М., 1976; Чертков И. Л. и Фриденштейн А. Я. Клеточные основы кроветворения, М., 1977, библиогр.; Bessis М. Living blood cells and their ultrastructure, B., 1973; Blood and its disorders, ed. by R. M. Hardisty a. D. J. Weatherall, Oxford a. o., 1974; Ghan S. H. a. Metсalf D. Local production of colony-stimulating factor within the bone marrow: role of nonhematopoietic cells, Blood, v. 40, p. 646, 1972; Metcalf D. a. Moore M A. Haemopoietic cells, Amsterdam, 1971; Till J. E. a. Mс Сullосh E. A. Initial stages of cellular differentiation in the blood-forming system of the mouse, в кн.: Develop, aspects of the cell cycle, ed. by J. L. Cameron a. o., p. 297, N. Y.—L., 1971, bibliogr.; Wickramasing-h e S. N. Human bone marrow, L.— Philadelphia, 1975, bibliogr.
Происхождение стволовых кроветворных клеток в эмбриональном развитии
В организме взрослых млекопитающих кроветворение происходит главным образом в костном мозге. На протяжении всей жизни в нем поддерживаются стволовые кроветворные клетки (СКК), образующие все типы форменных элементов крови. В эмбриональном развитии кроветворение происходит в нескольких анатомических образованиях – желточном мешке, аорто-гонадо-мезонефральной области, плаценте и печени. Однако до сих пор не вполне ясно, где именно в ходе развития эмбриона впервые появляются клетки-предшественники, дающие начало СКК зрелого костного мозга. В обзоре рассмотрены современные представления об особенностях кроветворных клеток, образующихся в желточном мешке, аорто-гонадо-мезонефральной области и плаценте, и их вкладе в заселение печени зародыша, а впоследствии и костного мозга взрослого организма.
Костный мозг – основной орган кроветворения у взрослых млекопитающих, в котором на протяжении всей жизни воспроизводятся стволовые кроветворные клетки (СКК) и образуются зрелые клетки крови. СКК взрослого организма способны давать все типы форменных элементов крови (нейтрофилы, базофилы, эозинофилы, моноциты, лимфоциты, эритроциты, тромбоциты). Кроме того, после деления СКК воспроизводят самих себя, т.е. самоподдерживаются. Благодаря этому они обеспечивают кроветворение неопределенно долгое время. Основным функциональным критерием наличия в ткани СКК является способность к восстановлению кроветворения как после естественной гибели клеток, так и в ходе патологических процессов или действия повреждающих агентов. Полный набор этих свойств появляется у СКК только после рождения, в результате созревания их предшественников, так называемых пре-стволовых кроветворных клеток (пре-СКК), которые возникают в раннем развитии задолго до формирования костного мозга. Хотя процесс образования кроветворной системы изучается более 100 лет, остается не ясным вопрос, где впервые возникают клетки, дающие начало СКК, существующим во взрослом организме.
В печени зародыша собственные предшественники кроветворных клеток не образуются. Кроветворение в ней начинается и поддерживается только за счет миграции клеток, приходящих из желточного мешка, АГМ и плаценты. В печени СКК не только самоподдерживаются и размножаются, но и впервые в эмбриогенезе образуют все типы кроветворных клеток красного и белого рядов. Таким образом, печень является основным кроветворным органом развивающегося плода и обеспечивает его потребность как в стволовых, так и в зрелых клетках крови, что становится особенно важным на тех стадиях развития, когда желточный мешок уже прекращает выполнять кроветворную функцию. В конце внутриутробного периода печень переключается на выполнение специфических функций, свойственных ей во взрослой жизни, а кроветворная активность ней угасает. СКК при этом покидают печень и перемещаются в костный мозг, где к тому моменту уже складываются условия для их существования и самообновления. Попав в костный мозг, СКК прекращают интенсивно делиться и переходят в состояние покоя.
Ведущая роль в смене мест, где в ходе индивидуального развития происходит кроветворение, принадлежит микроокружению. В желточном мешке, АГМ, плаценте и печени оно неодинаково, и это обуславливает различия в поведении кроветворных клеток в этих органах. Так, под влиянием микроокружения плаценты СКК активно размножаются, а микроокружение печени благоприятствует не только их делению, но и дифференцировке. Ключевую роль в формировании микроокружения, или ниши для СКК, играют мезенхимные стромальные клетки (МСК). В ходе развития эмбриона МСК появляются в местах кроветворной активности, по-видимому, подготавливая «ложе» для кроветворных клеток, причем обе системы – мезенхимная и кроветворная – развиваются скоординировано. В индивидуальном развитии МСК претерпевают не только количественные, но и функциональные изменения, что отражает процесс созревания кроветворной ниши. Именно качественные изменения качества кроветворного микроокружения, происходящее параллельно с изменениями СКК, могут иметь определяющее влияние на приобретение последними дефинитивных свойств, присущих клеткам взрослого организма.
Таким образом, эмбриональное кроветворение осуществляется во многих анатомических образованиях, обеспечивающих на протяжении пренатального периода разные этапы формирования и созревания кроветворных клеток. Кроветворные функции этих образований частично перекрываются, но каждое из них имеет и уникальные особенности: желточный мешок служит первым местом продукции функционально активных клеток крови (примитивных эритроцитов), в АГМ закладываются de novo предшественники дефинитивных СКК, плацента обеспечивает размножение СКК, а печень – их поддержание и дифференцировку в множественных направлениях. Существование нескольких мест для кроветворения способствует, с одной стороны, быстрому образованию первых дифференцированных клеток крови, необходимых эмбриону для выживания и роста, а с другой – продукции множества СКК, которые потребуется организму в дальнейшем, уже после рождения. Однажды возникнув, СКК собираются в печени зародыша для размножения и дифференцировки, после чего заселяют костный мозг. На этом пути они попадают в различные ниши и подвергаются различным воздействиям, способствующим их размножению и функциональному созреванию, в результате чего приобретают свойства СКК взрослого организма.
Хотя эмбриональное развитие кроветворной системы изучается уже много лет, многие вопросы, связанные с происхождением клеток крови в эмбриогенезе, до сих пор остаются без ответа. Дальнейшее изучение клеточных и молекулярных механизмов формирования СКК в индивидуальном развитии имеет несомненную значимость не только для понимания фундаментальных аспектов функционирования кроветворной системы, но и для совершенствования методов лечения гематологических заболеваний.
Иммунная система человека
к.м.н. Гольдинберг Б. М., Васюк Я.В.
Городской центр трансфузиологии учреждения здравоохранения «6-я городская клиническая больница», г. Минск,
учреждение здравоохранения «7-я городская детская поликлиника», г. Минск
ИММУНННАЯ СИСТЕМА ЧЕЛОВЕКА
Введение
Группа органов, имеющих общее происхождение, единый план строения и выполняющая общую функцию называется системой органов. Пять из всех десяти систем органов являются регулирующими (управляющими): нервная, кровеносная, эндокринная, лимфатическая и иммунная. Уточним, что лимфатические органы и лимфатических узлы, которых насчитывается около 600, функционально является частью иммунной системы, а к собственно лимфатической системе относится обширная сеть сосудов, которая проходит почти через все наши ткани, обеспечивая движение жидкости, называемой лимфой.
Слово «иммунитет» происходит от латинского «immunis» (на английском – immunity), что означает «чистый от чего-либо», невосприимчивый к чему-либо. Иммунная система появилась вместе с многоклеточными организмами и развивалась, как помощница их выживанию. Она объединяет органы и ткани, которые гарантируют защиту организма от генетически чужеродных клеток и веществ, поступающих из окружающей среды.
Иммунная система представлена тремя уровнями: органным, клеточным и молекулярным.
Органы иммунной системы человека
Иммунная система включает центральные и периферические органы.
Центральные органы иммунной системы представляют собой красный костный мозг и тимус.
Костный мозг является хранилищем стволовых клеток, из которых образуются клетки крови (рис.1). В зависимости от ситуации, стволовые клетки трансформируются в иммунные В-лимфоциты. При необходимости, определенная часть B-лимфоцитов превращается в плазматические клетки, которые способны вырабатывать антитела.
Рис.1. Костный мозг содержит стволовые клетки
Тимус (или вилочковая железа) – один из главных органов иммунной системы, расположенный у человека за грудиной ниже ключиц, который отвечает за образование Т-клеток иммунной системы в лимфоидных тканях организма (рис.2).
К периферическим органам относятся селезенка, миндалины и лимфоузлы, в которых находятся зоны созревания иммунных клеток.
Миндалины, получившие свое название из-за внешней схожести с миндалем, представляют собой скопление лимфоидной ткани в верхней части носоглотки. У человека шесть миндалин: две небные, две грудные и по одной носоглоточной и язычной.
Самыми крупными из них являются небные миндалины, или гланды, которых легко осмотреть самостоятельно в зеркале, если достаточно широко раскрыть рот (рис.3).
Рис. 3. Небные миндалины
Селезенка является самым крупным лимфоидным органом (рис. 4). Кроме того, она может накапливать некоторое количество крови. В экстренных ситуациях селезенка способна послать свои запасы в общий кровоток. Это позволяет улучшить качество и скорость иммунных реакций организма. Селезенка очищает кровь от бактерий и перерабатывает всевозможные вредные вещества. В ней полностью разрушаются эндотоксины, а также остатки умерших клеток при ожогах, травмах или других повреждениях тканей. У людей, оставшихся по какой-либо причине без селезенки, ухудшается иммунитет.
Лимфатические узлы представляют собой небольшие образования округлой формы (рис. 5), расположенные в грудной полости (бронхолегочные, бронхотрахеальные) и брюшной полости (пейеровы бляшки, аппендикс и другие), окологрудные на поверхности грудной клетки, на шее и на конечностях. Лимфоузел – это один из барьеров на пути инфекций и раковых клеток, играющий роль своеобразной таможни (рис. 5). В нем образуются лимфоциты – специальные клетки, которые принимают активное участие в уничтожении вредных веществ.
Центральные органы иммунной системы отвечают за образование и созревание клеток, а периферические органы обеспечивают защиту, то есть иммунный ответ. Периферические и центральные органы иммунной системы выполняют свои работу только вместе и если выходит из строя какой-либо один из этих органов, то организм лишится защитного барьера.
Компоненты иммунной системы
Современная иммунология различает два взаимодействующих компонента иммунной системы – врожденный и приобретенный виды иммунитета, обеспечивающие развитие иммунного ответа на генетически чужеродные субстанции (сущности).
Врожденный (видовой) иммунитет – наследственно закрепленная система защиты организма человека от патогенных и непатогенных микроорганизмов, а также продуктов тканевого распада. Клетки врожденного иммунитета распознают патоген по специфичным для него молекулярным маркёрам – так называемым «образам патогенности». Эти маркёры не позволяют точно определить принадлежность патогена к тому или иному виду, а лишь сигнализируют о том, что иммунитет столкнулся с возмутителями спокойствия: чужаком или своим, но ставшим для организма предателем (рис.6).
Рис.6. Врожденный иммунитет: главное – спокойствие!
Врожденный иммунитет на клеточном уровне представляют:
Рис.8. Дендритная клетка и
Нейтрофилы – самые многочисленные иммунные клетки в крови человека. Они циркулируют в крови всего 8-10 часов и бόльшую часть своей жизни путешествуют по тканям организма. При встрече с патогеном они его захватывают и переваривают, после чего обычно сами погибают. Из разрушенных нейтрофилов высвобождаются гранулы, содержащие антибиотические вещества.
Гранулы эозинофилов и базофилов осуществляют химическую защиту организма от крупных патогенов, например, паразитических червей, грибов, внеклеточных бактерий. Однако при чрезмерной активности могут участвовать и в развитии аллергической реакции;
Рис.10. Натуральный киллер
Действуют натуральные киллеры с помощью агрессивных веществ перфорина и гранзима, которые наподобие буравчиков «кусают» и разрушают пораженную клетку, ставшую для них мишенью (рис.11)
Рис.11. Проникновение перфорина и гранзима в раковую клетку и ее уничтожение
Молекулярными(гуморальные) факторами врожденного иммунитета являются (рис.12):
Рис.12.Гуморальные факторы врожденного иммунитета
Система комплемента – это многокомпонентная самособирающаяся система более 20 сывороточных белков, которые в норме находятся в неактивном состоянии.
После активации проявляются биологические эффекты комплемента: образование мембраноатакающего комплекса для лизиса патогенов, выброса медиаторов воспаления для привлечения фагоцитов и усиления их поглотительной способности.
Цитокины – это система низкомолекулярных белков организма, синтезируемых преимущественно активными клетками иммунной и кроветворной систем, регулирующих межклеточные взаимодействия «универсальный» язык для всех клеток), представленные на рис.13 и 14.
Рис. 13. Цитокины: ИЛ – интерлейкины, которых в настоящее время насчитывается 34 разновидности;
Рис. 14. Разнонаправленность действия цитокинов на примере гамма-интерферона
В результате активации гуморальных и клеточных факторов врожденного иммунитета в течение нескольких часов после внедрения патогена во внутреннюю среду организма формируется базовая реакция инфекционного воспаления (рис. 15)
Рис. 15. Инфекционное воспаление ткани на месте внедрения инородного тела с целью его удаления
Приобретенный иммунитет (или адаптивный – от франц. adapter «приспосабливать») формируется индивидуально в течение жизни под влиянием антигенной стимуляции и, в свою очередь, подразделяется на естественный и искусственный (рис.16).
Естественный иммунитет формируется при встрече с патогеном, в результате чего в организме вырабатываются защитные иммунные факторы (активный естественный иммунитет), либо они попадают в готовом виде из материнского оргазма в период внутриутробного развития или при грудном вскармливании (пассивный естественный иммунитет).
Искусственный иммунитет создается путем введения вакцин или анатоксинов, которые стимулируют выработку антител против конкретных патогенов или их ядов. При этом с профилактической целью воспроизводится процесс реакции иммунной системы пациента на патоген, но в бессимптомной или легкой клинической форме с сохранением их защитной иммунной силы в течение нескольких месяцев, лет или даже пожизненно (искусственный активный иммунитет). Когда необходимо быстро и на короткое время защитить пациента от реального риска встречи с патогеном во время эпидемии или нейтрализовать уже проникший в его организм патоген применяются иммуноглобулины (антитела) как в очищенном виде, так и в дозированных объемах плазмы или сыворотки, полученных из крови донора (человека или животного). Применение готовых антител формирует пассивный искусственный иммунитет, сохраняющийся 2-3 недели.
Адаптивный иммунитет основывается на трех главных процессах:
Рис.17.Варианты реагирования иммунной системы на пересадку органов или тканей, возникновение злокачественных новообразований и инфекций
Иммунокомпетентными клетками адаптивного иммунитета являются лимфоциты, которые живут в организме человека от нескольких месяцев до несколько лет. По функциям клетки подразделяются на Т-лимфоциты – 80% и В-лимфоциты – 20%.
То, что Т-лимфоцит распознает только чужеродные антигены, а не молекулы собственного организма, является следствием процесса, называемого селекцией, которая происходит в тимусе, где завершают свое развитие Т-клетки. Суть селекции такова: клетки, окружающие юный, или наивный, лимфоцит, показывают (презентируют) ему пептиды собственных белков. Тот лимфоцит, который слишком хорошо или слишком плохо узнает эти белковые фрагменты, уничтожается. Выжившие же клетки (а это менее 1% всех предшественников Т-лимфоцитов, пришедших в тимус) обладают промежуточным сродством к антигену, следовательно, они, как правило, не считают собственные клетки мишенями для атаки, но имеют возможность среагировать на подходящий чужеродный пептид.
Для активации Т-лимфоцита нужно, чтобы он получил специальные сигналы от рецепторов лейкоцитарной антигенной системы и коктейля из множества провоспалительных цитокинов.
С помощью специальных реагентов определяются маркеры поверхностных белков лейкоцитов определенного типа, которые называются кластерами дифференциации (Сluster of differentiation) – CD. В настоящее время известно 350 CD-антигенов и их подтипов (табл. 1).
Таблица 1. Главные идентификациионные СD-маркёры клеток
Лимфоидная стволовая клетка
CD19, CD72, CD79 и др.
Т-лимфоциты распознают клетки, несущие чужеродные антигены, и уничтожают их после непосредственного контакта (атаки), а также выполняют функцию регуляции иммунного ответа.
Т-лимфоциты имеют подтипы (рис. 18):
Рис. 18. Подтипы Т-лимфоцитов и их функции
Рис. 19. Активация цитокинами разных субпопуляций Т-хелперов
Соотношение количества клеток CD4/CD8 называют иммунорегуляторным индексом (ИРИ). Если у пациента ИРИ повышен (более 2,2), то это говорит о чрезмерной активности T-хелперов и ослаблении регулирующей функции T-киллеров. При таком показателе иммунные клетки могут разрушать собственные ткани организма. Повышенный ИРИ чаще всего отмечается у пациентов с аутоиммунными болезнями (системной красной волчанкой, склеродермией, ревматоидным артритом и др.). Причиной чрезмерной активности T-хелперов может также стать опухоль вилочковой железы. При этой патологии продуцируется избыточное количество лимфоцитов. Высокие показатели ИРИ отмечаются при остром лимфобластном лейкозе. Это тяжелое онкологическое заболевание сопровождается неконтролируемым увеличением количества незрелых лимфоцитов.
Если иммунорегуляторный индекс понижен (менее1,6), то это говорит о серьезном ухудшении работы иммунитета. Низкие показатели ИРИ свидетельствуют о том, что в организме ослаблена функция защитных клеток, а регуляция со стороны T-киллеров чрезмерна. Обычно это отмечается при следующих патологиях, сопровождающихся иммунодефицитом: инфекционных болезнях (в том числе ВИЧ-инфекции); врожденном иммунодефиците; любых затяжных и хронических болезнях; опухолях костного мозга.
В-лимфоциты ответственны за гуморальное звено иммунитета – продукцию антител. После антигенного стимула В-лимфоцит превращается в лимфобласт – клетку, способную к делению. Часть лимфобластов дифференцируется в В-лимфоциты памяти, другая часть превращается в плазматические клетки, которые осуществляют продукцию антител.
В-лимфоциты несут на своей поверхности В-клеточный рецептор. При контакте с антигеном эти клетки активируются и превращаются в особый клеточный подтип – плазматические клетки, живущие до трех недель и обладающие уникальной способностью секретировать в этот срок тысячи антител.
Антитело имеет сродство к распознаваемому им антигену, как бы «прилипает» к нему. Это дает возможность антителам обволакивать (опсонизировать) клетки и вирусные частицы, покрытые молекулами антигена, привлекая макрофаги и другие иммунные клетки для уничтожения патогена. Антитела также умеют активировать специальный каскад иммунологических реакций, называемый системой комплемента, который приводит к перфорации клеточной мембраны патогена и его гибели.
Рис. 20. Выработка антител и маркировка патогена
Различают несколько классов антител (иммуноглобулинов). Первыми после антигенного раздражения, вызывающих агглютинацию бактерий и нейтрализацию вирусов, появляются иммуноглобулины М (IgM). В длительном иммунитете участвуют иммуноглобулины G(IgG).
В табл.2 представлена интерпретация лабораторных исследований на наличие патогена на молекулярном уровне и с помощью тестов на иммуноглобулины М и G.
Таблица 2. Интерпретация лабораторных исследований на наличие патогена на молекулярном уровне
Результат молекулярного исследования
Инфицированный или повторно инфицированный пациент
Ранние стадии инфекции. Требуется дополнительное исследование
Инфекция. Требуется дополнительное исследование
Врожденный и приобретенный виды иммунитета имеют точки соприкосновения, которые представляют две триады (рис.21)
Рис. 21. Две триады, объединяющие врожденный и приобретенный виды иммунитета
Развитие адаптивного иммунного ответа требует достаточно много времени (от нескольких дней до двух недель), и для того чтобы организм мог защищаться от уже знакомой инфекции быстрее, из Т- и В-клеток, участвовавших в прошлых битвах, формируются так называемые клетки памяти. Они, подобно ветеранам, в небольшом количестве присутствуют в организме, и, если появляется знакомый им патоген, вновь активируются, быстро делятся и целой армией выходят на защиту границ (рис.22).
Рис.22. Т-клетки памяти быстро формирует вторичный иммунный ответ
Иммунологическая толерантность
Под иммунологической толерантностью (терпимостью, ареактивностью) понимают отсутствие иммунного ответа на специфический антиген. Перечень антигенов, к которым может развиваться толерантность, практически неотличим от набора антигенов, против которых развивается специфический иммунный ответ (рис.23).
Рис. 23. Иммунная толерантность
Механизмы толерантности необходимы, поскольку иммунная система продуцирует огромное число разнообразных антиген специфичных рецепторов, и некоторые из них оказываются специфичными к собственным антигенам организма; толерантность предотвращает нежелательные реакции против собственных органов и тканей, также для нормального протекания беременности.
Нарушения иммунной системы у человека
Нарушения в работе иммунной системы можно подразделить на три категории: иммунодефициты, аутоиммунные заболевания и реакции гиперчувствительности.
Иммунодефициты
Иммунодефицит – снижение количественных показателей и/или функциональной активности основных компонентов иммунной системы, приводящее к нарушению защиты организма от патогенных микроорганизмов и проявляющееся повышенной инфекционной заболеваемостью.
Первичные иммунодефициты (ПИД) – наследственные заболевания, обусловленные дефектами генов, контролирующих иммунный ответ. В основном ПИД заявляют о себе уже в раннем детском возрасте, но иногда лишь к 30-40 годам жизни.
По механизмам развития выделяют 4 основные группы ПИД (табл.3):
Таблица 3. Некоторые первичные иммунодефициты
Частые бактериальные инфекции
Дефицит или полное отсутствие В-лимфоцитов
Антибиотики, пожизненное введение IgG
Частые респираторные инфекции, отиты
Дефекты Т- и В- лимфоцитов
Антибиотики, пожизненное введение IgG
Атаксия-телеангиоэкстазия (синдром Луи-Бар)
Аномалия двигательной функции, слабость мышц, нарушение речи
Дефицит Т- и В- лимфоцитов
ПИД, обусловленные дефектами фагоцитоза
Хроническая гранулёматозная болезнь
Частые пневмонии, гнойные инфекции
Пожизненная антибактериальная и противогрибковая терапия, интерферон гамма
ПИД, обусловленные дефектами в системе комплемента
Наследственный ангионевротический отек
Отеки губ и век при отсутствии зуда. Отеки гортани, носа, языка опасны для жизни
Низкая концентрация ингибитора эстеразы С1
Введение концентрата ингибитора эстеразы С1
Как следует из табл.3, основным и часто единственным методом лечения большинства пациентов с первичными В-клеточными иммунодефицитами являются иммуноглобулины. Это лекарственные средства, получаемые из плазмы крови человека. Они призваны заменить защитные антитела, отсутствующие в иммунной системе, с целью предотвращения или остановки развития тяжелых инфекционных заболеваний. Сегодня в арсенале врача имеются иммуноглобулины, различающиеся по концентрации активного вещества (5 и 10%), а также по способу введения (внутривенный и подкожный).
ПИД может проявиться в любом возрасте. В зависимости от этого у пациента возникают своеобразные проблемы, требующие определенных видов поддержки на протяжении всей жизни (табл. 4).
Таблица 4. Необходимость в видах поддержки пациента с ПИД в различных возрастных группах
В возрасте от 0 до 14 лет требуется уход со стороны родителей, направленный на профилактику инфекций и на период лечения. Могут потребоваться: обучение на дому; оказание психологической помощи; социальная поддержка в приобретении лекарственных средств.
В подростковом возрасте (14-18 лет) дополнительно могут возникнуть потребности в продолжении непрерывного обучения, профессиональной ориентации, налаживании взаимоотношений со сверстниками, организации досуга.
В возрасте от 18 до 65 лет у пациентов чаще возникают инфекционные осложнения, а с ними и расходы на приобретение лекарственных средств, не подлежащих восполнению, а также проблемы с трудоустройством.
В пожилом возрасте (старше 65 лет) возникают потребности в материальной, социальной и психологической поддержке пациента с ПИД.
Аутоиммунная патология
Повреждение собственных органов и тканей организма иммунной системой называется аутоиммунным процессом. Заболеваниями такого типа страдает около 5% человечества. В организме пациента развиваются боевые действия, напоминающие гражданскую войну: в атаку идут «свои против своих». В этой борьбе победителей нет – одни страдания.
Селекция Т-лимфоцитов в тимусе, а также удаление аутореактивных клеток на периферии (центральная и периферическая иммунологическая толерантность), о которых мы говорили ранее, не могут полностью избавить организм от аутореактивных Т-лимфоцитов. Что же касается В-лимфоцитов, вопрос о том, насколько строго осуществляется их селекция, до сих пор остается открытым. Поэтому в организме каждого человека обязательно присутствует множество аутореактивных лимфоцитов, которые в случае развития аутоиммунной реакции могут повреждать собственные органы и ткани.
В качестве аналога можно привести созданную турками в ХIV веке янычарскую пехоту, в которую набирали юношей-христиан 8-16 лет, воевших против своих сородичей.
Т-клеточная аутоиммуннная агрессия хорошо изучена при ревматоидном артрите, сахарном диабете первого типа, рассеянном склерозе и многих других болезнях.
Такие же клетки-янычары, не помнящие своего родства, прослеживаются среди В-лимфоцитов:
Например, вследствие срыва иммунологической толерантности происходит активация В-лимфоцитов, продуцирующих антитела. Это приводит к выраженному повышению выработки тиреоидных гормонов (Т4 и Т3), а также к увеличению щитовидной железы в размерах (гипертрофии). Патология носит название болезнь Грейвса.
Еще одним примером может быть миастения гравис, которая характеризуется слабостью скелетной мускулатуры вследствие образования аутоантител против структур, отвечающих за холинергическую передачу и сокращение мышечного волокна;
Как правило, аутоиммунное заболевание возникает внезапно, и невозможно точно определить, что стало его причиной. Считается, что триггером для запуска может послужить практически любая стрессовая ситуация, будь то перенесенная инфекция, травма или переохлаждение. Значительный вклад в вероятность возникновения аутоиммунного заболевания вносит как образ жизни человека, так и генетическая предрасположенность – наличие определенного варианта какого-либо гена.
Гиперчувствительность
Под гиперчувствительностью понимают чрезмерный иммунный ответ на какой-либо антиген. Реакции гиперчувствительности подразделяют на несколько типов в зависимости от их длительности и механизмов, лежащих в их основе:
Эффективные методы воздействия на иммунитет:
Спекулятивные методы вокруг иммунитета:
Заключение
Иммунная система представлена тремя уровнями: органным, клеточным и молекулярным со сложнейшими взаимодействиями между ними.
Современная иммунология различает два взаимодействующих компонента иммунной системы – врожденный и приобретенный (адаптивный) виды иммунитета, обеспечивающие развитие иммунного ответа на генетически чужеродные субстанции, которые представляют собой микроорганизмы, злокачественные опухолевые клетки, пересаженные органы и ткани.
Адаптивный иммунитет основывается на трех главных процессах: распознавание антигенов, их удаление (элиминация) и формирование иммунологической памяти.
Поломки в структуре иммунной системы приводят к развитию иммунодефицитов, аутоиммунным заболеваниям или реакции гиперчувствительности.
Иммунодефицит на генетическом уровне (первичный) или приобретенный (вторичный) может проявиться в любом возрасте и привести к повышенной инфекционной заболеваемости. В последние годы появились средства заместительной терапии, которые продлевают жизнь этим пациентам. Для повышения качества их жизни требуется не только обеспечение дорогостоящим лечением, но и организация поддержки со стороны семьи, психологов и социальных институтов.
Аутоиммунные заболевания и гиперчувствительность – это неспособность организма противостоять разбушевавшейся иммунной системе, которая перепутала свое и чужое.
К сожалению, ни одно из заболеваний иммунной системы медицина еще не научилась излечивать, а только применять заместительную терапию.
Эффективными профилактическими методами воздействия на иммунную систему являются вакцинация и здоровый образ жизни. Купить иммунитет в аптеке пока никому не удалось.