Общая микробиология

разрабатывает способы защиты от антигенов, поддержания гомеостаза и т.д., т.е. не дается всестороннего, всеобъемлющего определения иммунологии исходя из сущности и механизмов иммунитета и его роли в жизнедеятельности организма. На современном этапе развития учения об иммунитете иммунологию можно определить как общебиологическую и общемедицинскую науку, которая изучает способы и механизмы защиты организма от генетически чужеродных веществ — антигенов экзогенного и эндогенного происхождения с целью поддержания гомеостаза, структурной и функциональной целостности организма, а также генетически детерминированной антигенной индивидуальности каждого индивидуума и вида в целом.

Такое определение подчеркивает: а) что иммунология изучает способы и механизмы защиты от любых генетически чужеродных для данного организма антигенов, будут ли они микробного, животного, растительного или другого происхождения; б) что механизмы иммунитета направлены против антигенов, которые могут проникать в организм, как извне, так и формироваться в самом организме; в) что система иммунитета направлена на сохранение и поддержание генетически детерминированной антигенной индивидуальности каждой особи, каждого индивидуума, а также вида в целом.

Это определение иммунологии свидетельствует также о том, что иммунология как наука едина, независимо от того, изучает ли она иммунитет человека, животных или растений. Конечно, анатомо-физиологическая основа, набор механизмов и реакций, а также способов защиты от антигенов у каждых представителей животного и растительного мира будет отличаться и варьировать, однако принципиальная сущность иммунитета от этого меняться не будет. В связи с этим в иммунологии можно выделить три направления: медицинская иммунология (гомоиммунология), зооиммунология и фитоиммунология, изучающие иммунитет соответственно у человека, животных и растений.

Каждое из этих направлений в иммунологии дифференцируется по методам и по объекту изучения, т. е. в них можно выделить общую и частную иммунологию. Классификация медицинской иммунологии представлена в табл. 9.1.

Таблица 9.1. Классификация медицинской иммунологии

Иммунология относится к числу разветвленных наук, имеет множество направлений и разделов, сформировавшихся практически в самостоятельные дисциплины, охватывающие как теоретические, фундаментальные, так и профилактические и клинические проблемы медицины.

Иммунология решает такие важные проблемы медицины, как диагностика, профилактика и лечение инфекционных болезней (иммунопрофилактика или вакцинология), аллергических состояний (аллергология), злокачественных опухолей (иммуноонкология), болезней, в механизме которых играют роль иммунопатологические процессы (иммунопатология), иммунные взаимоотношения матери и плода на всех стадиях репродукции (иммунология репродукции); изучает иммунные механизмы и вносит практический вклад в решение проблемы трансплантации органов и тканей (трансплантационная иммунология); можно также выделить иммуногематологию, изучающую иммунные взаимоотношения донора и реципиента при переливании крови; иммунофармакологию, изучающую влияние на иммунные процессы лекарственных веществ. Самостоятельным важным разделом, возникшим в результате интеграции иммунологии и биотехнологии, является иммунобиотехнология, разрабатывающая принципы и методы создания иммунобиологических диагностических, профилактических и лечебных препаратов. Наконец, в последние годы выделились клиническая и экологическая иммунология. Клиническая иммунология изучает и разрабатывает проблемы диагностики и лечения болезней, возникающих в результате врожденных (первичных) и приобретенных (вторичных) иммунодефицитов, а экологическая иммунология изучает влияние на иммунную систему всевозможных экологических факторов (климатогеографических, социальных, профессиональных и т. д.).

Практически каждое направление или ветвь иммунологии решают присущие им задачи на молекулярном, клеточном, организменном уровне, т. е. пользуются данными общей иммунологии. Все большее значение по мере развития фундаментальных наук приобретает иммуногенетика, основной целью которой является разработка генодиагностики, генотерапии и генопрофилактики болезней, иммунокардиология, изучающая иммунологические аспекты атеросклероза кровеносных сосудов, и другие направления.

Таким образом, иммунология пронизывает буквально все профилактические и клинические дисциплины и решает исключительно важные проблемы медицины, такие как снижение частоты и ликвидация инфекционных болезней, диагностика и лечение аллергий, онкологических заболеваний, иммунопатологических состояний, иммунопатология репродукции, пересадка органов и тканей, генодиагностика и генотерапия врожденных и приобретенных иммунодефицитов и т. д.

9.1.3. История развития иммунологии Наблюдения, свидетельствующие о том, что люди повторно не заболевают после

того, как перенесли некоторые болезни, были известны с глубокой древности. Такая невосприимчивость человека к болезням объяснялась, например, Гиппократом как «природа (фюзис) организма», «целебные силы» организма, Галеном — как «жизненная сила», Парацельсом — как «залечивающая сила». Термин «иммунитет» как «освобождение от болезней» стал впервые входить в медицинскую литературу с конца XIX в. и закреплен во французском словаре Литтре (1869), хотя и до этого он иногда употреблялся в быту, а также в некоторых средневековых трактатах по медицине.

Хронологически иммунология как наука прошла два больших периода (Т. И. Ульянкина): период протоиммунологии (от античного периода до 80-х годов XIX в.), связанный со стихийным, эмпирическим познанием защитных реакций организма, и период зарождения экспериментальной и теоретической иммунологии (с 80-х годов XIX в. до второго десятилетия XX в.). В течение второго периода завершилось формирование классической иммунологии, которая носила в основном характер инфекционной иммунологии.

Можно также выделить и третий период: начиная с середины XX в. и до конца столетия. В этот период быстрыми темпами развивалась молекулярная и клеточная иммунология, а также иммуногенетика, так что этот этап можно назвать молекулярно-генетичес-ким периодом в развитии иммунологии.

Основоположниками научной иммунологии по праву считаются французский ученый-химик Луи Пастер, открывший принцип вакцинации, русский ученый-зоолог И. И. Мечников — автор учения о фагоцитозе и немецкий врач-биохимик Пауль Эрлих, сформулировавший гипотезу об антителах.

Справедливости ради следует отметить, что возможность предохранения от заболевания натуральной оспой путем прививки человеку коровьей оспы открыл более 200 лет назад английский врач Э. Дженнер, однако это наблюдение носило чисто эмпирический характер.

Таким образом, на рубеже XIX и XX вв. сформировалась новая наука иммунология, которая в течение XX в. ознаменовалась принципиальными открытиями, сделавшими ее общебиологической и общемедицинской наукой. Основные открытия в области иммунологии приведены в табл. 9.2. О важности открытий в иммунологии для биологии в целом и особенно для медицины свидетельствует то обстоятельство, что авторы многих из них отмечены Нобелевской премией. Так, лауреатами Нобелевской премии в области иммунологии стали: И. И. Мечников, П. Эрлих, Р. Кох, Э. Беринг, Ж. Борде, К. Ландштейнер, Ш. Рише, Д. Снелл, Н. Ерне, Ф. Бернет, П. Медовар, Р. Портер, Д. Эдельман, Ж. Доссе, У. Мильштейн, Д. Келлер, С. Тонегава, С. Прусинер и др. Основоположник иммунологии Л. Пастер, который вполне достоин Нобелевской премии, не получил ее, поскольку при его жизни она еще не была учреждена.

Следует отметить, что в XIX в. и первой половине XX в. иммунология успешно развивалась в странах Европы, прежде всего во Франции. В 1888 г. за выдающиеся заслуги Л. Пастера перед человечеством на народные пожертвования был учрежден Институт иммунологии (ныне Институт Пастера), который явился научной школой, вокруг которой группировались иммунологи многих стран. Российские ученые активно участвовали в становлении и развитии

Российским ученым принадлежат многие выдающиеся открытия в области иммунологии. И. И. Мечников — автор учения о фагоцитозе, В. К. Высокович — одним из первых сформулировал роль ретикулоэндотелиальной системы в иммунитете, Г. Н. Габричевский обосновал явление хемотаксиса лейкоцитов, Н. Я. Чистович стоял у истоков открытия тканевых антигенов, харьковский исследователь М. Райский уже в 1915 г. установил феномен ревакцинации, т. е. иммунологической памяти; М. Сахаров — один из основоположников учения об анафилаксии; академик Л. А. Зильбер — стоял у истоков учения об антигенах опухолей, академик П. Ф. Здродовский обосновал физиологическое направление в иммунологии, академик Р. В. Петров внес весомый вклад в развитие неинфекционной иммунологии и в проблему кооперативного взаимодействия клеток иммунной системы.

Российские ученые являются лидерами в разработке фундаментальных и прикладных проблем вакцинологии и иммунопрофилактики в целом. Хорошо известны в нашей стране и за рубежом имена создателей вакцин против туляремии (Б. Я. Эльберт и Н. А. Гайский), сибирской язвы (Н. Н. Гинзбург), полиомиелита (М. П. Чумаков, А. А. Смородинцев), кори, паротита, гриппа (А. А. Смородинцев и сотр.), Ку-лихорадки и сыпного тифа (П. Ф. Здродовский и ученики), полианатоксинов против раневых инфекций и ботулизма (А. А. Воробьев, Г. В. Выгодчиков, П. Н. Бургасов и сотр.), стафилококковых инфекций (Г. В. Выгодчиков и сотр.). Российские ученые много сделали для разработки массовых непарентеральных способов вакцинации: аэрозольного (Н. И. Александров, Н. Е. Гефен, В. А. Лебединский и др.), перорального (А. М. Безредка, А. Н. Мешалова, А. А. Воробьев и сотр.). Активное участие российские ученые принимали в разработке стратегии и тактики иммунопрофилактики, глобальной ликвидации инфекций и снижении заболеваемости инфекционными болезнями; по их инициативе и с их помощью ликвидирована натуральная оспа на земном шаре (В. М. Жданов, С. С. Маренникова, О. Г. Анджапаридзе и др.), успешно ликвидируется полиомиелит (М. П. Чумаков, С. Г. Дроздов и др.), снижена заболеваемость дифтерией, столбняком, корью, коклюшам и др. инфекциями (Г. Г. Онищенко).

В России, особенно в бывшем СССР, созданы крупные научные институты, занимающиеся проблемами фундаментальной и прикладной иммунологии: Центр иммунологии Министерства здравоохранения, Институт клинической иммунологии в Новосибирске. Институт прикладной иммунологии в пос. Любучаны Московской области, Институт эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи, Центральный институт вакцин и сывороток им. И. И. Мечникова, Институт полиомиелита и вирусных энцефалитов им. М. П. Чумакова, Институт вирусологии им. И. И. Ивановского; создана сеть крупных институтов и центров, разрабатывающих проблемы иммунобиотехнологии иммунобиологических препаратов в городах Пермь, Уфа. Томск, Ставрополь, С.-Петербург и в

других городах, а также успешно работает система противочумных институтов, занимающихся особо опасными инфекциями.

Внашей стране в 1980 г. создано Всесоюзное общество иммунологов. Первым его президентом стал академик Р. В. Петров. С 1983 г. издается журнал «Иммунология», учреждены также «Русский иммунологический журнал» и журнал «Вакцинация». Проблемы иммунологии освещаются во многих центральных журналах, в частности в «Журнале микробиологии, эпидемиологии и иммунологии», «Вестнике Российской академии медицинских наук» и др.

Подготовка иммунологов ведется в медицинских вузах, а также в университетах и научно-исследовательских институтах.

9.1.4. Достижения иммунологии в медицине Иммунология за сравнительно короткий исторический период добилась

существенных результатов в снижении и ликвидации болезней человека, сохранении и поддержании здоровья населения нашей планеты.

Значительные успехи достигнуты в области профилактики, диагностики и лечения инфекционных болезней:

— благодаря вакцинации ликвидирована натуральная оспа на земном шаре, в ближайшее время будет ликвидирован полиомиелит, снижена до единичных случаев заболеваемость корью, коклюшем, дифтерией и другими инфекциями; в перспективе возможно с помощью вакцинации предотвращение эпидемий таких грозных заболеваний, как вирусные парентеральные гепатиты, ВИЧ-инфекция; резко снижена заболеваемость столбняком, паротитом, туляремией, сибирской язвой, бруцеллезом и другими инфекциями;

разработана и внедрена в медицинскую практику иммунодиагностика практически всех инфекционных болезней, в том числе таких опасных, как ВИЧ-инфекция, вирусные гепатиты, чума, холера и др.;

для лечения многих инфекционных болезней применяются иммуномодуляторы (интерферон, пептиды тимуса, интерлейкины, органические и неорганические адъюванты и др.), а также специфические иммуноглобулины (особенно при токсинемических инфекциях — ботулизме, столбняке, газовой гангрене);

Вобласти онкологии — установлены антигены опухолей человека и на их основе разработаны способы дифференциальной диагностики опухолей; широко применяются в онкологии для лечения и профилактики в комплексе с другими традиционными способами иммуномодуляторы (интерлейкины, интерфероны, фактор некроза опухолей и др.), а также адаптогены.

Вобласти трансплантологии — благодаря прогрессу в изучении антигенов гистосов-местимости, явлений толерантности и применения иммунодепрессантов значительно снижен риск отторжения трансплантатов при пересадках сердца, почек и других органов, а также тканей.

Врезультате установления иммунологичес-ки совместимых групп крови решена проблема переливания крови.

Изучение иммунных взаимоотношений между матерью и плодом на всех стадиях репродукции позволило разработать иммунологические методы выявления причин бесплодия, аномалий в развитии плода, заболеваний и

осложнений в здоровье ребенка и матери. В частности, решена проблема иммунологической диагностики резус-гемолитической болезни новорожденных.

Установлены причины и иммунные механизмы поражения многих внутренних органов (печени, сердца, легких и др.), что открыло новые возможности для диагностики и лечения таких поражений.

Установлен комплекс параметров, характеризующих состояние иммунной системы (иммунный статус), в результате чего стало возможным выявление врожденных и приобретенных иммунодефицитов; влияние на иммунную систему экологических, социальных, профессиональных и других факторов послужило основанием для разработки патогномоничной иммунотерапии многих болезней.

Значительный прогресс достигнут в выявлении причин и механизмов аллергических состояний, в разработке способов лечения и профилактики аллергий. Разработана большая группа иммунобиологических препаратов, которая используется для профилактики, лечения и диагностики как инфекционных, так и неинфекционных заболеваний (вакцины, анатоксины, иммуноглобулины, иммуномодуляторы, адаптогены, диагностикумы). Намечены пути и методы генодиагностики и генотерапии заболеваний, в основе которых лежат врожденные поражения иммунной системы.

На ближайшее будущее перед иммунологией стоят огромные задачи. Основными из них являются:

— ликвидация и ограничение инфекционной заболеваемости путем иммунопрофилактики принципиально новыми и более качественными вакцинами (генно-инженерные,

синтетические, полиантигенные, непарентеральные); иммунодиагностика, иммунотерапия и иммунопрофилактика злокачественных

новообразований; на основе структурного и функционального изучения антигенов

гистосовместимости реализация толерантности для устранения иммунологической несовместимости при пересадках органов и тканей;

поиски эффективных путей профилактики и лечения иммунопатологических состояний и аллергий всевозможного генеза;

изучение и разработка методов устранения иммунологических конфликтов между матерью и плодом на всех стадиях репродукции;

изучение путей устранения неблагоприятного влияния на иммунный статус экологических, социальных, профессиональных и других факторов;

поиск новых эндогенных и экзогенных иммуномодуляторов для использования в иммунопрофилактике и иммунотерапии;

генотерапия и генодиагностика врожденных иммунодефицитов. Безусловно, решение этих грандиозных практических задач, стоящих

перед иммунологией, возможно только при интенсивном развитии фундаментальной иммунологии.

Таблица 9.3. Процессинг антигена в макроорганизме

9.1.5. Основные принципы и механизмы функционирования иммунной системы

Функцию специфической защиты от антигенов выполняет иммунная система, представляющая собой лимфоидную ткань, способную комплексом клеточных и гуморальных реакций, осуществляемых с помощью набора иммунореагентов, нейтрализовать, обезвредить, удалить, разрушить генетически чужеродный антиген, попавший в организм извне или образовавшийся в самом организме.

Специфическая функция иммунной системы в обезвреживании антигенов дополняется комплексом механизмов и реакций неспецифического характера, направленных на обеспечение резистентности организма к воздействию любых чужеродных веществ, в том числе и антигенов.

В табл. 9.3 приведены основные факторы неспецифической резистентности организма и специфические факторы иммунитета и их взаимодействие.

Неспецифическая резистентность организма обеспечивается: а) механическими барьерами, препятствующими проникновению в организм чужеродных веществ (кожа, слизистые дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта, мерцательный эпителий и слизь дыхательного тракта); б) физико-химическими барьерами (ферменты, в первую очередь пищеваритальные, рН среды, органические кислоты и др.), обеспечивающими деструкцию антигенов; в) иммунобиологическими барьерами (фагоциты, комплемент, интерферон, ингибиторы свертывания крови, фибронектин), которые участвуют в поглощении и деструкции антигена как чужеродного вещества, а также во взаимодействии со специфическими факторами защиты.

К специфических факторам защиты относятся антитела, иммунный фагоцитоз, цито-токсическая функция лимфоцитов, ГНТ и ГЗТ, толерантность, иммунологическая память.

Обычно специфические формы реагирования иммунной системы включаются как вторая линия защиты организма от антигенов в тех случаях, когда антиген преодолевает первую линию защиты, обусловленную факторами неспецифической резистентности, т. е. эти две линии обороны

функционируют во взаимодействии и взаимосвязи. При этом для обезвреживания того или иного антигена не обязательно должны включаться все факторы неспецифической резистентности или специфического иммунитета. Например, для нейтрализации токсина (столбнячного, ботулинического) основным фактором специфической защиты являются антитела (антитоксины), для предупреждения проникновения в организм из области «входных ворот» бацилл сибирской язвы основную роль в защите играет фагоцитоз; в формировании специфического иммунитета при туберкулезе — ГЗТ и т. д.

Однако чаще всего в процессе защиты организма от антигенов принимает участие комплекс специфических и неспецифических реакций иммунитета.

Основными биореагентами иммунной системы, осуществляющими функцию защиты от антигенов, являются: иммуноглобулины специфические, рецепторные, естественные), фагоцитирующие клетки (естественные и иммунные), цитотоксические лимфоциты, осуществляющие киллерную функцию, ферменты деструкции антигена (лизоцим и др.), комплемент, защитные белки сыворотки крови (пропердин, (β-лизин, фибронектин и др.), иммуноцитокины (интерлейкины, интерфероны, пептиды тимуса, миелопептиды, факторы переноса, миграции и др.), рецепторы иммунокомпетентных клеток, антигены МНС-системы.

Процессуальная схема (см. табл. 9.3) иммунитета представляет собой ряд взаимосвязанных, последовательно протекающих, саморегулирующихся с помощью иммунореагентов процессов, направленных на устранение действия антигена, на сохранение в неприкосновенности или восстановление гомеостаза. Пусковым механизмом для иммунной системы является проникновение антигена во внутреннюю среду организма любым путем (через кожу, слизистые, дыхательные пути, ЖКТ) или образование его в самом организме. Вслед за этим следует распознавание антигена как генетически чужеродного вещества: вначале первичное неспецифическое распознавание на стадии фагоцита, затем вторичное специфическое распознавание Т-лимфоцитами. Следующим этапом является включение неспецифических и специфических факторов защиты в зависимости от природы и характера антигена и особенностей его патогенного воздействия на организм. В результате взаимодействия иммунных факторов и иммунореагентов с антигеном происходит деструкция или нейтрализация, или выведение последнего из организма. Иногда организм в результате встречи с антигеном приобретает состояние ареактивности, толерантности

кэтому антигену. Иммунный процесс в случае благоприятного исхода приводит к восстановлению гомеостаза, при этом довольно часто и на длительное время сохраняется иммунитет (невосприимчивость) организма

кэтому антигену, иммунологическая память о встрече организма с антигеном, иногда толерантность к антигену, а может возникать состояние повышенной чувствительности (аллергия) к нему как нежелательное явление.

9.1.6. Виды иммунитета У человека, теплокровных животных, в том числе у птиц, в процессе

эволюции сформировалась иммунная система, специально предназначенная для защиты от генетически чужеродных веществ — антигенов, а также для сохранения и поддержания антигенных особенностей тканей и биомолекул, присущих каждому виду и каждому индивиду данного вида.

Элементарные системы защиты от любых чужеродных веществ имеют и низшие организмы, в частности беспозвоночные (губки, кишечнополостные, черви). Способность к распознаванию чужеродных структур присуща уже одноклеточным организмам, например амебам.

Однако анатомическое строение, физиологические функции и иммунологические реакции, осуществляемые иммунной системой, у отдельных видов животных, у человека и низших организмов в соответствии с их уровнем эволюционного развития существенно отличаются. Так, фагоцитоз и аллогенная ингибиция, как одни из ранних филогенетических защитных реакций, присущи всем многоклеточным организмам; дифференцированные лейкоцитоподобные клетки, выполняющие функции клеточного иммунитета, появляются уже у кишечнополостных, кольчатых червей, моллюсков; у круглоротых (миноги) появляются зачатки тимуса, Т-лимфоциты, иммуноглобулины, отмечается иммунологическая память, у рыб появляются типичные для высших животных лимфоидные органы— тимус и селезенка, плазматические клетки и антитела класса М; у птиц уже формируется центральный орган иммунной системы в виде сумки Фабрициуса, осуществляется кооперация клеточного и гуморального иммунитета, появляется способность реагировать в виде ГНТ; наконец, у млекопитающих иммунная система достигает наиболее высокого уровня развития, формируются Т-, В- и А-системы иммунных клеток, осуществляется их кооперативное взаимодействие, появляется способность синтеза иммуноглобулинов всех пяти классов, способность иммунной системы осуществлять все формы иммунологических реакций.

В зависимости от уровня эволюционного развития, вида особенностей и сложности сформировавшейся иммунной системы, способностей последней отвечать теми или иными реакциями на антигены, в иммунологии принято выделять отдельные виды иммунитета. Так, введено понятие о врожденном и приобретенном иммунитете (рис. 9.1).

Врожденныи, или видовой, иммунитет, он же наследственный, генетический, конституциональный — это выработанная в процессе филогенеза генетически скрепленная, передающаяся по наследству невосприимчивость данного пила и его индивидов к какому-либо антигену (или микроорганизму), обусловленная биологическими особенностями самого организма, свойствами данного антигена, а также особенностями их взаимодействия.

Примером может служить невосприимчивость человека к некоторым возбудителям, в том числе к особо опасным для сельскохозяйственных животных (чума крупного рогатого скота, болезнь Ньюкасла, поражающая птиц, оспа лошадей и др.), нечувствительность человека к бактериофагам, поражающим