Лекции №№ 2,3,4 Роль иммунной системы в регуляции жизнедеятельности и уровня здоровья человека
1. Основные понятия в иммунологии, науке о биологической идивидуальности.
2. Представления по анатомии и физиологии иммунной системы.
3. Схема иммунопоэза.
4. СПИД - это болезнь молодых.
1. Основные понятия в иммунологии, науке о биологической индивидуальности.
Самые ранние памятники древних культур свидетельствуют, что уже в начале своего социального развития человечество встретилось с опустошающими последствиями эпидемий.
Еще в древних хрониках египетских царств (примерно 2000 г. до нашей эры), в вавилонском эпосе повествуется о нашествиях мора и чумы. Болезнь рассматривалась как наказание за нарушение табу племени или за прегрешения против богов. Хотя природа эпидемий оставалась не известной, внимательные очевидцы не могли не заметить, что новая волна болезни часто щадит тех людей, которые перенесли эту болезнь прежде. Так историк Прокопий пишет: "Потом чума вернулась, и тех обитателей земли, кто прежде был поражен ею особенно тяжко, она не коснулась вовсе." Со временем устойчивость к повторному заражению стали обозначать словом иммунитет.
Immunitas (лат)-в древнем Риме первоначально означало освобождение гражданина от некоторой государственной повинности или службы. Представление о болезни как о каре мстительного божества содержит в скрытом виде теорию иммунитета. Если болезнь есть наказание за грех, то быть не затронутым ею в разгар эпидемии (т.е. обладать естественным иммунитетом) автоматически воспринималось как свидетельство благочестивой жизни.
В дальнейшем эти представления заметно изменились. Теперь болезнь уже была не только божья кара за грехи, но и средство их искупления. А раз болезнь есть искупление и очищение, то выздоровление от смертельной болезни должно означать, что грехи были легкими, а кроме того, человек, искупивший грехи, не подлежит новому наказанию, когда чума повторится (приобретенный иммунитет). Учитывая глубокую религиозность тех времен, такое представление об иммунитете казалось настолько естественным, что не требовало каких-либо объяснений.
Натуральная оспа была одной из болезней, пожизненный иммунитет которой трудно было не заметить. Поэтому ранние теории иммунитета были сформулированы в связи с этим заболеванием. Первое описание клиники оспы дал мусульманский врач Разес. Разес следовал традиции Гиппократа, который связывал болезнь с нарушением равновесия четырех главных соков: крови, флегмы, желтой желчи, черной желчи. Либо с изменением их температуры и консистенции, либо даже с их брожением. Разес утверждал, что оспа связана с брожением крови, которое помогает избавиться от избытка жидкости. Разес писал: "Итак я утверждаю, что каждый человек от своего рождения и до старости постоянно приближается к сухости и поэтому кровь детей и младенцев значительно более влажная, чем кровь юношей и еще более влажна по сравнению с кровью стариков. И тут возникает оспа, при которой кровь загнивает и начинает бродить, и она выбрасывает избыток паров, и из крови младенцев, которая подобна виноградному суслу, она превращается в кровь юношей, которая подобна хорошему созревшему вину, что же касается крови стариков, то ее можно сравнить с вином, которое уже утратило свою силу и вкус и стало прокисать; а саму оспу можно сравнить с брожением и шипением созревающего виноградного сусла. Именно по этому дети, особенно мальчики редко избегают этой болезни, поэтому нельзя помешать переходу крови из одного состояния в другое, как нельзя помешать превращениям виноградного сусла."
Любопытно, что эта занятная теория хорошо объясняла все, что было известно об оспе:
1) оспа поражает всех, но особенно молодых (влажная кровь);
2) редко бывает у взрослых и почти не болеют старики (сухая кровь не может поддерживать инфекцию);
3) повторение болезни не возможно, т.к. болезнь забрала "избыток влаги".
Были еще и другие теории, суть болезни объяснявшие тем, что в организм с кровью матери ( при рождении ) попадают примеси, через амниотическую жидкость и пуповинную кровь, которые потом изгоняются, а человек приобретает пожизненный иммунитет.
Прививка, т.е. инокуляция материала от пораженного оспой (больного) в качестве профилактического средства в начале 18-го столетия вызвало значительный интерес к природе и механизмам приобретенного иммунитета. Хотя практика инокуляции встретила яростное сопротивление как по религиозным, так и по медицинским мотивам, она получила определенное применение, особенно в Англии, где в 1722 г. принц и принцесса Уэльские позволили сделать инокуляцию своим детям. Знаменитый Вольтер, во время путешествия в Англию наблюдал эту процелуру и в своих "Философских письмах" выразил восторг по поводу ее эффективности. По версии Вольтера, инокуляция зародилась у черкесов, как средство сохранения красоты своих дочерей, которых со следами оспы на лице уже нельзя было продать в гаремы Оттоманской империи. После одобрения инокуляции на страницах "Философских записок", также впечатления от инокуляции королевской семьи, появилось много желающих испытать новый метод и понять смысл этой процедуры. Священник Котон Мязер из Новой Англии в 1721 г. утверждал, что и естественная инфекция, и инокуляция приводят к истощению некоего неизвестного субстрата и из-за его отсутствия болезнь не может возникнуть повторно.
И вот на таком фоне спустя три четверти века Эдуард Дженнер в 1798 г. опубликовал свое эпохальное сообщение о более безопасной и еще более эффективной противооспенной вакцине, получаемой из пустул (язв) при коровьей оспе (вакцинация от лат. vaccus - корова). Скорость, с которой вакцинация завоевала мир, поистине поразительна. Всего через несколько лет, когда Дженнер, обратился к враждебной Франции с ходатайством об одном английском пленнике Наполеон ответил, что величайшему благодетелю всего человечества он не может отказать ни в чем.
Современная наука иммунология находится в тени "молекулярной биологии"-науке более импозантной, более масштабной, но пока дающей меньшие практические результаты, хотя обе науки тесно связаны между собой.
Основная идея молекулярной биологии заключается в том, что любая форма жизни на Земле представляет собой организацию атомов и молекул, осуществляемую двумя кислотами: рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой (РНК и ДНК). Эти кислоты на самом деле суть не что иное, как молекулы, состоящие из длиннейших спиральных или винтообразных цепочек атомов. По всей длине этой спиральной структуры, через правильные промежутки, размещаются субъединицы всего лишь 4-х различных типов для каждой из 2-х нуклеиновых кислот. Именно порядок расположения этих субъединиц вдоль каркаса спирали порождает и одновременно определяет наблюдаемую нами форму жизни. Иными словами, человек и растение (например, ревень) отличаются друг от друга только порядком, в котором четыре различных группы атомов располагаются вдоль неких очень длинных спиральных молекул.
Суть состоит в том, что нуклеиновая кислота (НК), определяющая или порождающая, скажем зебру, способна создавать вокруг себя живую ткань, собственную свою копию, которая определяет и порождает другую зебру. Пока мы не в состоянии окончательно и достаточно убедительно объяснить, каким образом на Земле сформировались или оказались первые нуклеиновые кислоты. Но жизнь началась именно тогда, когда одна из НК воспроизвела самое себя. С точки зрения науки всю кишащую на нашей планете жизнь можно рассматривать как соревнование между этими спиральными молекулами.
У высших животных и, в частности, у человека в ядре каждый клетки имеется много спиральных молекул. Мы можем рассматривать их как одну бесконечно длинную спиральную молекулу, для удобства разорванную на более короткие отрезки или же как группировки спиральных молекул, которые каким-то образом научились сотрудничать. Но важно помнить главное: в каждой из наших клеток имеется идентичный набор таких молекул с миллиардами упорядоченных субъединиц вдоль их спирального каркаса. В каждой клетке содержаться все необходимые инструкции по формированию и работе любой другой клетки. По мере организации многомиллиардного комплекса клеток, которые в итоге образуют человека, начинается процесс клеточной дифференциации. Он протекает в строгом соответствии с "приказами" НК, так, что клетки печени, например, используя лишь часть информации, заключенной в этих кислотах, ведут себя именно как клетки печени, а не клетки почки или нервные клетки. Главной же задачей клетки и организма в целом является способность организовать как можно больше химических веществ из непосредственно окружающей среды для сохранения, поддержания и воспроизведения НК в клетках.
В ходе эволюции наши НК выработали средства защиты от "пиратских действий" НК других типов. Без этих форм защиты они оказались бы неприспособленными с точки зрения эволюции, и нас бы попросту не существовало. Казалось бы, такой сложной НК, как наша, не должно составлять труда защищаться от сравнительно коротких НК простейших организмов, например, бактерий. На самом деле эта защита весьма хитроумна. У нас имеются клетки, единственная задача которых состоит в разрушении химической структуры, отличающейся от их собственной всего лишь одной субъединицей из многих миллионов.
Главная задача-распознать и разрушить чуждую молекулу. По своей сложности она превосходит задачу, выполняемую радиолакационными установками противоракетной системы, которые "всего лишь" должны отличить ложные цели от подлинных боеголовок межконтинентальной ракеты.
Иммунология, или наука о биологической индивидуальности ("самости"), и занимается исследованием этой защитной системы. Она изучает, каким образом биологическая индивидуальность, т.е. набор клеток, характеризующихся идентичными НК, защищает собственную организацию против соперничающих НК. Во-вторых, и это гораздо важнее, потому что, суть проблемы распознавания заключается в сравнении НК собственного ряда НК с другими.
Надо сказать, что заслуга Л. Пастера в том, что он понял, как "микробная" теория может объяснить успех иммунизации против оспы и, исходя из этих знаний, применил свой метод к другим болезням.
Следующим шагом вперед стало открытие антител- химических субстанций, вырабатываемых организмом животного (или человека) специально для противодействия вторгнувшемуся организму или веществу (антигену). Механизм искусственного иммунитета состоит в стимулировании "производства" антител. Появляясь затем в больших количествах, они готовы защитить организм против агрессивных, опасных пришельцев, родственных тем ослабленным, "убитым" микробам, которые вводились при вакцинации или во время прививки. 50-ые годы нашего столетия явились поворотным пунктом, началом современной иммунологии. Она выросла из исследований, проводившихся в Австралии Макферланом Бэрнетом, несомненно, одним из самых выдающихся ученых, которого выдвинула данная область науки, фигурой, сопоставимой к примеру с Резерфордом в физике. По существу, идея Бэрнета возникла при рассмотрении роли иммунитета против инфекционных заболеваний как эволюционного явления. Ученый пришел к выводу, что организм животного может справиться с бесчисленным рядом угрожающих ему болезнетворных организмов лишь с помощью какого-то механизма, который распознает "свое" и отторгает все прочее как "не свое". Наверное, на любой клетке (и на оболочке не клеточных вирусов) имеется своего рода "флаг" или опознавательная "метка", которая отражает природу нуклеиновой кислоты, заключенной внутри клетки.
Когда организм защищает себя, оказываясь, например, невосприимчевым к повторному заболеванию корью, это говорит о том, что мы извлекли урок из первого заболевания, что внутри нашего организма появились антитела, которые нападают именно на вирусы кори. Вот почему мы гораздо быстрее отражаем все последующие нападения вируса кори, делаемся, по существу, невосприимчивыми к этой болезни. Рассматриваемый пример из теории распознавания своего и чужого известен как теория клонов Бэрнета.
В 50-ые годы опытами Питера Медавара был продемонстрирован феномен толерантности (терпимости). Медовар доказал, что можно заставить мышь принять кожные трансплантанты от другой мыши, если реципиенту до рождения ввести клетки от донора. Этот факт был истолкован как подтверждение мысли о том, что организм приучается терпеть, становится толерантным или может принимать все те клетки, с которыми он сталкивается до рождения. Исследования Бэрнета и Медовара были удостоены Нобелевской премии.
По-видимому, только история в состоянии доказать, был ли совпадением или иронией судьбы тот факт, что первыми экспериментами в новой иммунологии оказались опыты по пересадкам тканей и органов. Можно с увереностью сказать, что трансплантационная хирургия-самое драматическое и самое "разрекламированное" из последних медицинских достижений- берет свое начало в иммунологии, ее важнейшие проблемы иммунологические, а то что она становится одним из основных приемов лечения, зависит почти исключительно от иммунологии. Ибо, как знает каждый читающий газеты, главная проблема при пересадке большинства важных органов человека состоит в контроле над отторжением организмом реципиента "инородных", не своих тканей донора.
Наведение толерантности у взрослых особей остается одним из главных направлений иммунологических исследований, которые имеют огромное значение как для теорий иммунитета, так и для возможных практических результатов.
Создание толерантности к трансплантации (или к инфекции) связано с воздействиями на механизмы самозащиты. Но теория “своего и чужого” отнюдь не сводится к этому вопросу и только к этой возможности. Если например, злокачественная опухоль есть порождение вышедших из под контроля клеток нашего собственного организма, то очевидно раковая клетка настолько похожа на здоровую, что механизм самораспознавания не может ее выявить и разрушить.
Существует и другая теория, выдвинутая Бэрнетом, согласно которой на протяжении всей жизни в организме человека или животного формируются потенциальные раковые клетки, они регулярно распознаются и разрушаются. Но одна из них может ускользнуть от "следящего" механизма и основать колонию опасных клеток, своих собственных потомков, которую мы позже выявляем в виде опухоли.
Сейчас многие виднейшие иммунологи интересуются связями между раком и иммунологией. Поэтому весьма перспективной кажется попытка "подстегнуть" защитные силы и механизмы самораспознавания и заставить их бороться с уже развившимися опухолями таким же образом, как они справляются с обычными раковыми клетками, образующимися в самом начале.
Вполне закономерен и такой вопрос: может ли механизм самораспознавания, подчас допускающий ошибки, совершенно разладиться и привести в действие защитные механизмы против абсолютно нормальных клеток собственного организма? Из этого вопроса вырастает концепция аутоиммунного расстройства.
Аутоантитела, то есть антитела, действующие против клеток вырабатывающего их организма, были открыты задолго до опытов Медавара и Бэрнета. Это сделали в 1945 году в Лондоне Кумбс, Мурэнт и Рэйс. Они были обнаружены при малоизвестной, неизученной форме малокровия и не укладывались ни в одну теорию или схему до тех пор, пока иммунология не дала им правдоподобного объяснения.
Среди аутоиммунных заболеваний самым распространенным является ревматический полиартрит (суставный ревматизм), поэтому понятно, какое значение имеют исследования, направленные на облегчение участи больных. Как полагают, некоторые болезни щитовидной железы, особые формы малокровия и почечных заболеваний, язвенный колит также являются аутоиммунными растройствами, либо так или иначе связаны с аутоиммунными феноменами.
С аутоиммунными растройствами связаны и проблемы аллергии. Большинство из нас лучше всего знает ее весьма распространенную форму - сенную лихорадку. Но и зудящее пятнышко от укуса сравнительно безвредного насекомого - мошки или комара - тоже входит в компетенцию иммунологов. Общим для всех этих заболеваний и причиной, по которой ими занимается иммунолог является то, что растройство вызывается вторжением в организм инородных веществ: слюны насекомого или луговой пыльцы. В этих случаях иммунная система организма реагирует слишком сильно, больные проявляют гиперчувствительность, что, вероятно, объясняется участием нежелательных антител.
Основные понятия.
Иммунитет (И) (лат. immunitas-освобождение от чего-либо) - способность организма защищаться от генетически чужеродных тел и веществ.
Естественный иммунитет (ЕИ) (син. видовой, врожденный, конституционный)-передаваемый по наследству. Например, ЕИ человека к чуме крупного рогатого скота, или ЕИ животных к гоноррее, к вирусу кори иммунны все, кроме человека, обезьяны и щенков собак. Наблюдались отклонения обсолютности ЕИ: если подержать цыпленка в холодной воде, то его можно заразить сибирской язвой или, наоборот, если лягушку подержать в термостате, то она становится чувствительной к столбнячному токсину; голубя после алкогольного отравления можно заразить сибирской язвой.
Искусственный иммунитетя (ИИ) (приобретенный)- различается на активный ИИ (при перенесении инфекционных заболеваний, после вакцинации) и пассивный ИИ, возникающий при введении антител в форме антисывороток или иммуноглобулинов от иммунизированного донора, а также от матери через плаценту или молозиво.
Активно приобретенный иммунитет держится долго, годами, десятилетиями, иногда всю жизнь (например, к кори). Пассивный иммунитет непрочный, держится недели или месяцы (гриппозный, энцефалитный, от бешенства).