Предмет и задачи иммунологии

Предмет и задачи иммунологии.

Иммунология является крупнейшей отраслью биологии, внесшей огромный вклад в развитие фундаментальной биологии, медицины и сельского хозяйства. Иммунология – это наука об органах, клетках и молекулах, составляющих иммунную систему, ответственную за обнаружение и удаление чужеродных веществ. Иммунология изучает структуру и функцию иммунной системы, ее реакцию на возбудителей заболеваний, последствия иммунного ответа и способы влияния на них. Латинское слово «immunitas» означает «освобождение от болезни», этот термин закреплен во французском словаре 1869 г. издания. По мере развития иммунологии традиционное понимание иммунитета как способа защиты от инфекционных микроорганизмов изменяется. В настоящее время понятно, что иммунные механизмы защиты срабатывают всегда, когда конкретный организм сталкивается с тем или иным чужеродным в антигенном отношении материалом – будь то бактерии, вирусы, мутационно измененные собственные клетки тела, тканевые и органные трансплантаты или простые химические соединения, которым приданы иммуногенные свойства. Иначе, иммунитет есть способ защиты организма от всех антигенно-чужеродных веществ как экзогенной, так и эндогенной природы; биологический смысл подобной защиты – обеспечение генетической целостности особей вида в течение их индивидуальной жизни. При подобной трактовке иммунитета становится ясным, что он выступает в качестве фактора стабильности онтогенеза – необходимого условия передачи наследственного материала от поколения к поколению. Основным предметом исследований в иммунологии является познание механизмов формирования специфического иммунного ответа организма ко всем чужеродным в антигенном отношении соединениям.

История развития иммунологии.

Иммунология как определенное направление исследований возникла из

практической необходимости борьбы с инфекционными заболеваниями. Ее нередко делят на классическую (старую) и современную (новую). Это деление условное, так как новая иммунология выросла из классической той, которая изготовила прививки против оспы, бешенства, сибирской язвы и т.д.Имеются свидетельства тому, что первые прививки оспы проводили в Китае за тысячу лет до Рождества Христова. Инокуляция содержимого оспенных пустул здоровым людям с целью их защиты от острой формы заболевания распространилась затем в Индию, Малую Азию, Европу, Кавказ и Россию.

На смену инокуляции пришел метод вакцинации (от лат. «vacca» - корова), разработанный в конце 18 в. английским врачом Э. Дженнером. Он произвел прививку коровьей оспы 8 - летнему мальчику Д.Фиппсу, а затем через 1,5 месяца заразил его натуральной оспой, как это делалось при инокуляции. Мальчик не заболел. Через 1,5 месяца Э. Дженнер повторно подверг его инокуляции, и вновь мальчик остался здоровым.Несмотря на большой практический вклад Э. Дженнера в борьбу с оспой, его исследования носили частный характер и касались лишь одного конкретного заболевания. Зарождение инфекционной иммунологии связывают с именем выдающегося французского ученого Луи Пастера. Хотя Пастер разработал принципы вакцинации и успешно применял их на практике, но он ничего не знал о факторах, включенных в процесс защиты от инфекций. У него было наивное представление, будто введенные первый раз ослабленные микробы «выедают» что-то нужное именно этому виду микробов. Попадающим второй раз микробам нечего есть, они дохнут, инфекция не развивается.К 1890 г. благодаря работам Эмиля фон Беринга и Китазато стало известно, что в ответ на внедрение микроорганизмов или их токсинов в организме вырабатываются защитные вещества, получившие название антител. Работы этих ученых положили начало изучению механизмов гуморального иммунитета. Основоположником этой теории был немецкий фармаколог Пауль Эрлих. В те же годы И.И. Мечников обнаружил феномен фагоцитоза и создал клеточную (фагоцитарную) теорию иммунитета.С 50-х – 60-х гг. 19 века началась вторая большая волна исследований, посвященных изучению лимфоцита как центральной клетки иммунной системы. Новый этап развития иммунологии связан в первую очередь с именем выдающегося австралийского ученого Мак-Фарлейна Бернета. Рассматривая иммунитет как реакцию, направленную на дифференциацию всего «своего» от всего «чужого», он поднял вопрос о значении иммунных механизмов в поддержании генетической целостности организма в период индивидуального (онтогенетического) развития. Именно Бернет обратил внимание на лимфоцит как основной участник специфического иммунного реагирования, дав ему название «иммуноцит». Бернет предсказал, а англичанин Питер Медавар и чех Милан Гашек экспериментально подтвердили состояние, противоположное иммунной реактивности – толерантности. Кроме того, Бернет указал на особуюроль тимуса в формировании иммунного ответа. И, наконец, Бернет остался вистории иммунологии как создатель клонально-селекционной теории иммунитета.

3. Основные этапы и  направления развития современной иммунологии.

Сегодня мы знаем если не все, то многое из механизмов иммунного реагирования. Нам известны генетические основы широкого разнообразия антител и антиген распознающих рецепторов; какие типы клеток ответственны за клеточные и гуморальные формы иммунного реагирования; в значительной степени понятны механизмы повышенной реактивности и толерантности; выявлены молекулярные участники межклеточных отношений (цитокины); в эволюционной иммунологии сформирована концепция роли специфического иммунитета в прогрессивной эволюции животных.Однако остаются нерешенными вопросы:

- СПИД. Почему гибнет столько Т-клеток? Эффективна ли вакцина?

- Аутоиммунитет. Обусловлен ли он вирусом?

- Рак. Может ли помочь иммунология?

- Макрофаги. Как они распознают чужеродность?

- Иммунодефициты. Станет ли генная терапия реальностью?

- Психонейроиммунология. Миф или реальность?

- Вакцинация. Сдадутся ли паразитарные болезни? Как действует вакцина на основе обнаженной ДНК?

 Иммунитет  и его виды.

Иммунитет – это свойство организма распознать чужеродные для него вещества – антигены, благодаря специфическим рецепторам или антителам: способность отторгать или разрушать эти вещества при помощи тех или иных иммунологических реакций и вырабатывать по отношению к ним специфическую иммунологическую память. При этом вызвать иммунную реакцию организма могут не только антигены возбудителей заразных болезней, но и многие другие вещества, в том числе компоненты некоторых клеток собственного организма (например, сперматозоиды, антигены отмирающих клеток и т. д.).

В роли антигена могут выступать различные инфекционные агенты (бактерии, вирусы и т.д.), белки других организмов (иногда полисахариды), гельминты, пересаженные ткани и органы, собственные изменения клеток организма (мутированные, опухолевые, стареющие и т.п.), сперма при оплодотворении, эмбрион для матери и другие. Говоря другими словами, иммунитет поддерживает клеточный, белковый и генетический гомеостаз организма. Поэтому его рассматривают в настоящее время как одну из регуляторных систем организма человека и других животных. Биологическое значение иммунитета заключается в том, что он охраняет биологическую индивидуальность организма в процессе его развития, обеспечивает постоянство его внутренней среды и защиту от внедрения в него чужеродной генетической информации, предотвращает размножение потенциально злокачественных клеток – мутантов, постоянно возникающих внашем теле.

Виды иммунитета:

1. Естественный пассивный

2. Естественный активный

3. Искусственный пассивный

4. Искусственный активный

5. Неспецифический клеточный

6. Неспецифический гуморальный 

7. Специфический клеточный

8. Специфический гуморальный

5. Теории иммунитета.

Теория «истощения среды».

Теория «истощения среды», предложенная Луи Пастером в 1880 году, была одной из первых попыток объяснить причину возникновения приобретенного иммунитета. Невосприимчивость, наступившая в результате перенесенного однажды заболевания, объясняется тем, что микробы полностью использовали необходимые для их жизни вещества, бывшие до заболевания в организме, и поэтому не размножались в нем вновь, подобно тому, как они перестают размножаться на искусственной питательной среде после длительного культивирования в ней. К этому же времени относится и рецепторная теория иммунитета, предложенная Шово, согласно которой задержка роста бактерий объяснялась накоплением в организме особых продуктов обмена, препятствующих дальнейшему размножению микробов. Хотя рецепторная теория иммунитета, так же как и гипотеза «истощения среды», были умозрительными, все же они в какой – то степени отражали объективную действительность. В гипотезе Шово содержались уже намеки на возможность появления в результате инфекции или иммунизации, каких – то новых веществ, тормозящих активность микробов в случае вторичного заражения. Таковыми, как было показано позднее, являются антитела.

Фагоцитарная  теория иммунитета.

Основоположником был  И.И. Мечников, она была первой экспериментально обоснованной теорией невосприимчивости. Ее высоко оценил Л. Пастер как новое и оригинальное направление. Высказанная впервые в 1883 году в Одессе она в дальнейшем успешно разрабатывалась в Париже И.И. Мечниковым и его многочисленными сотрудниками и учениками. Мечников утверждал, что способность подвижных клеток беспозвоночных животных поглощать пищевые частицы, т.е. участвовать в пищеварении, есть фактически их способность поглощать вообще все «чужое», не свойственное организму: различных микробов, инертные частицы, отмирающие части тела. У человека также существуют амебоидные подвижные клетки – макрофаги, нейтрофилы. Но «едят» они пищу особого рода – патогенных микробов. Эволюция сохранила поглотительную способность амебоидных клеток от одноклеточных животных до высших позвоночных, включая человека. Однако функция данных клеток у высокоорганизованных стала иной – это борьба смикробной агрессией. Фагоцитарная теория неоднократно была предметом острых научных дискуссий, и ее автору в течение многих лет приходилось отстаивать правоту своей идеи в научных спорах со многими всемирно известными учеными – П. Баумгартеном, Р. Кохом, Р. Пфейффером, К. Флюгге. Время и факты, однако, полностью подтвердили первостепенное значение фагоцитарной реакции в защите организма от инфекции, и фагоцитарная теория иммунитета получила общее признание. В дальнейшем в нее были внесены уточнения и дополнения. Было установлено, что захват и переваривание фагоцитами болезнетворных агентов далеко не единственный фактор защиты организма. Имеются микробы, например вирусы, для которых фагоцитоз сам по себе не имеет столь большого значения, как при бактериальных инфекциях, и только лишь предварительное воздействие на вирусы антител может способствовать их захватыванию и разрушению. И.И. Мечников подчеркивал одну сторону клеточной защитной реакции – фагоцитарную. Последующее развитие науки показало, что функции фагоцитарных клеток более разнообразны: кроме фагоцитоза, они участвуют в продукции антител, интерферона, лизоцима и других веществ, имеющих большое значение в формировании иммунитета. Более того, установлено, что в иммунных реакциях принимают участие не только клетки лимфоидной ткани, но и другие. Интерферон, способны вырабатывать все клетки. Гликопротеиновый фрагмент секреторных антител продуцируется эпителиальными клетками слизистых оболочек. Одновременно с фагоцитарной теорией иммунитета развивалось гуморальное направление, которое главную роль в защите от инфекции отводило жидкостям и сокам организма (крови, лимфе, секретам), в которых содержатся вещества, нейтрализующие микробы и продукты их жизнедеятельности. Гуморальная и рецепторная теории иммунитета. Гуморальную теорию иммунитета создали многие крупные исследователи, поэтому связывать ее только с именем П. Эрлиха несправедливо, хотя ему и принадлежат многие фундаментальные открытия, связанные с антителами. Й. Фодор (1887), а затем Дж. Наттолл (1888) сообщили о бактерицидных свойствах сыворотки крови. Г. Бухнер (1889) установил, что это свойство зависит от наличия в сыворотке особых термолабильных «защитных веществ», названных им алексинами. Ж. Борде (1898), работавший в лаборатории И.И. Мечникова, представил факты, свидетельствующие об участии в цитоцидном эффекте двух различных по своим свойствам субстратов сыворотки – термолабильного комплемента и термостабильного антитела. Большое значение для формирования теории гуморального иммунитета имело открытие Э. Берингом и С. Китазато (1890) способности иммунных сывороток нейтрализовать столбнячный и дифтерийный токсины, а П. Эрлихом (1891) – антител, нейтрализующих токсины растительного (рицин, абрин) происхождения. В иммунных сыворотках, полученных от резистентных к холерному вибриону морских свинок, Р. Пфейффер (1894) обнаружил антитела, растворяющие микробов; введение этих сывороток не иммунным животнымсообщало им устойчивость к холерному вибриону. Открытие антител,агглютинирующих микробы (Грубер, Дархем, 1896), а также антител, прецинитирующих продукты их жизнедеятельности (Краус, 1897), подтверждало прямое действие гуморальных факторов на микробы и продукты их жизнедеятельности. Получение Э. Ру (1894) сыворотки для лечения токсической формы дифтерии окончательно укрепило идею о роли гуморальных факторов в защите организма от инфекции.Сторонникам клеточного и гуморального иммунитета казалось, что эти направления находятся в резком, непримиримом противоречии. Однако дальнейшее развитие науки показало, что между клеточными и гуморальными факторами иммунитета существует тесное взаимодействие. Например, такие гуморальные вещества, как опсонины, агглютинины и другие антитела способствуют фагоцитозу: присоединяясь к патогенным микробам, они делают их более доступными для захватывания и переваривания фагоцитарными клетками. В свою очередь фагоцитарные клетки принимают участие в кооперативных клеточных взаимодействиях, ведущих к продукции антител. С современных позиций видно, что и клеточная, и гуморальная теории иммунитета правильно отражали отдельные его стороны, т.е. были односторонними, а не охватывали явление в целом. Признание ценности обеих теорий явилось одновременное присуждение в 1908 году И.И. Мечникову и П. Эрлиху Нобелевской премии за выдающиеся заслуги и развитии иммунологии. П. Эрлих (1897) одним из первых пытался проникнуть в механизм образования клетками антител. Последние, как он считал, образуются теми же клетками, с которыми взаимодействует и антиген, например токсин. Это положение П. Эрлиха не нашло, однако, подтверждения. Столбнячный токсин имеет тропизм к клеткам нервной ткани, а антитоксин, как и все другие антитела, вырабатывается только плазматическими клетками, независимо от того, на какие клеточные системы антиген губительно действует. Одной из важнейших заслуг П. Эрлиха является создание теории боковых цепей. В основу взаимодействия токсинов с антитоксинами и чувствительными к токсинам клеткам, так же как и любых антигенов с клетками и антителами, был положен химический принцип – наличие особых специфических для каждого антигена и антитела структур – рецепторов, посредством которых и осуществляется взаимодействие между клетками, антигенами с антителами. Были введены понятия о рецепторах, фиксирующих вещества - хеморецепторах, а также рецепторах, фиксирующих антигены. Отделившиеся от клеток рецепторы являются, по мнению П. Эрлиха, антителами. Создав рецепторную теорию, П. Эрлих во многом предвосхитил современные теории образования антител, взаимодействие их с антигенами. Наличие специфических иммуноглобулиновых рецепторов у Т-клеток, распознающих антигены, рецепторов у В- клеток и макрофагов, активных центров у молекул антител и комплементарных к ним детерминантных групп у антигенов является одним из важнейших достижений современной иммунологии. Обоснованные трудами И.И. Мечникова и П. Эрлиха клеточное и гуморальное направления в изучениииммунитета продолжают успешно развиваться.

Общая теория иммунитета.

Значительный вклад в  развитие общей иммунологии внесли экспериментально – теоретические исследования М.Ф. Бернета (1972) – автора клонально-селекционной теории образования антител. Эта теория способствовала изучению иммунокомпетентных клеток, роли их в специфическом распознавании антигенов, продукции антител, возникновение иммунологической толерантности, аллергии. Несмотря на определенный прогресс в изучении специфических и неспецифических факторов и механизмов иммунитета, многие стороны его далеко еще не раскрыты. Неизвестно, почему в отношении одних инфекций (корь, оспа, паротит, туляремия и др.) организм способен формировать напряженный и длительный иммунитет, а в отношении других инфекций приобретаемый организмом иммунитет непродолжителен, и один и тот же в антигеном отношении тип микроба может вызвать повторные заболевания через относительно короткие промежутки времени. Не известны также причины малой эффективности иммунных факторов и отношении бактерионосительства, а также хронических и латентных инфекций, например вируса простого герпеса, который в течение длительного времени, а иногда и пожизненно может персистировать в организме и вызывать периодические обострения инфекции, в то время как другие заболевания заканчиваются стерильным иммунитетом. Не установлено, почему в одних случаях факторы и механизмы иммунитета способны ликвидировать инфекционный процесс и освободить организм от патогенных агентов, а в других случаях на долгие годы устанавливается состояние своеобразного равновесия между микробом и организмом, периодически нарушаемое то в ту, то в другую сторону (туберкулез). По – видимому, единого, универсального для всех инфекций механизма невосприимчивости и освобождения организма от микробов не существует. Особенности патогенеза различных инфекций находят свое отражение и в особенностях механизмов, обеспечивающих иммунитет, однако существуют общие принципы, характеризующие способ защиты от микробов и других, чужеродных антигенных веществ. Это дает основание для построения, общей теории иммунитета. Выделение двух аспектов иммунитета – клеточного и гуморального – оправдано методическими и педагогическими соображениями. Однако ни один из этих подходов не дает достаточных оснований для создания теории иммунитета, которая бы всесторонне отражала суть наблюдаемых явлений. Как клеточные, так и гуморальные факторы, искусственно изолируемые, характеризуют лишь отдельные стороны явления, но не весь процесс в целом. В построении современной теории иммунитета должны найти также место и общефизиологические факторы и механизмы: повышение температуры, секретно – выделительная и ферментативная функции, нейрогормональные влияния, активность обмена веществ и т.д. Молекулярные, клеточные и общефизиологические реакции, обеспечивающие защиту организма отмикробов и других, чужеродных антигенных веществ, должны бытьпредставлены как единая, взаимосвязанная, эволюционно сложившаяся и генетически детерминированная система. Отсюда естественно, что генетическая детерминация иммунного ответа на чужеродный антиген, так же как вновь приобретаемые факторы и механизмы, должна учитываться при построении современной теории иммунитета. Иммунные реакции выполняют не только специальную функцию защиты от микробов и продуктов их жизнедеятельности, но несут и другую, более разнообразную физиологическую функцию. Иммунные реакции принимают участие и в освобождении организма от различных немикробных антигенных веществ, проникающих через респираторный и пищеварительный тракт, через поврежденную кожу, а также искусственно вводимых с врачебными целями (сыворотки крови, лекарства). На все эти субстраты, генетически отличающиеся от антигенов реципиента, организм отвечает комплексом специфических и неспецифических клеточных, гуморальных и общефизиологических реакций, способствующих их деструкции, отторжению и выведению. Доказано значение иммунных реакций и в предотвращении возникновения у экспериментальных животных злокачественных опухолей вирусной этиологии. Высказана гипотеза (М.Ф. Бернет 1962; Р.В. Петров 1976), что иммунная система организма осуществляет функцию надзора за генетическим постоянством совокупности соматических клеток. Специфические и неспецифические защитные реакции играют важную роль в сохранении жизни на земле. Однако совершенство иммунных реакций, как и всех других, относительно, и при определенных условиях они могут приносить и вред. Например, на повторное поступление больших доз чужеродного белка организм отвечает бурной и стремительной реакцией, которая может закончиться смертельным исходом. Относительным несовершенством может характеризоваться и такая мощная защитная реакция, как воспаление, которое в случае локализации его в жизненно важном органе приводит иногда к большим и непоправимым разрушениям тканей. Функция отдельных защитных факторов может быть не только ослаблена, но и изменена. Если в норме иммунные реакции направлены на уничтожение чужеродных агентов – бактерии, токсинов, вирусов и др., то в патологии эти реакции начинают действовать и против собственных нормальных, неизмененных клеток и тканей. Таким образом, иммунные реакции, защитные по своей природе, могут при определенных условиях быть причиной и патологических состояний: аллергии, аутоиммунных процессов и др.

Инструктивные и  селективные теории иммунитета.

 В самой сжатой форме все появившиеся со времен П. Эрлиха гипотетические построения, касающиеся феномена иммунологической специфичности, можно разбить на две группы: инструктивные и селективные. Инструктивные теории рассматривали антиген в качестве пассивного материала – матрицы, на которой формируется антигенсвязующий участок антител. По этой теории все антитела имеют одну и ту же последовательность аминокислотных остатков. Различия касаются третичной структуры и возникают в процессе окончательного формирования молекулы антитела вокруг антигена. С иммунологических позиций они не объясняли, во-первых, почему количество антител в молярном отношении значительно больше количества проникшего в организм антигена, и, во-вторых, не отвечали на вопрос, за счет чего формируется иммунологическая память. Теории противоречат современным фактам иммунологии и молекулярной биологии и представляют лишь исторический интерес.Более плодотворными оказались селективные теории вариабельности антител. В основе всех селективных теорий лежит представление о том, что специфичность антител предопределена, и антиген выступает лишь в качестве фактора отбора соответствующих по специфичности иммуноглобулинов.В 1955 г. вариант селективной теории выдвинул Н. Ерне. По его представлениям, в организме постоянно присутствуют антитела самой разнообразной специфичности. Антитело после взаимодействия с соответствующим антигеном поглощается фагоцитирующими мононуклеарами, что приводит к активной продукции этими клетками антител исходной специфичности. Особое место в иммунологии занимает клонально-селекционная теория иммунитета М.Ф. Бернета (1959). Она гласит, что при дифференцировке лимфоцитов от стволовой кроветворной клетки и при параллельно идущем процессе мутационных изменений в генах, ответственных за синтез антител, возникают клоны, которые способны взаимодействовать с антигеном одной конкретной специфичности. В результате подобного взаимодействия формируется отобранный по специфичности клон, который либо секретирует антитела заданной специфичности, либо обеспечивает строго специфическую клеточную реакцию. Клонально-селекционный принцип организации иммунной системы, выдвинутый Бернетом, полностью подтвердился в настоящее время. Недостатком теории являются представления о том, что многообразие антител возникает только за счет мутационного процесса.Основной принцип селекции специфических клонов сохранен в теории зародышевой линии Л. Худа и соавт. (1971). Однако первопричину многообразия клонов авторы видят не в повышенной мутабельности иммуноглобулиновых генов, а в исходном зародышевом их предсуществовании. Весь набор V – генов, контролирующих вариабельную область иммуноглобулинов, представлен изначально в геноме и передается из поколения к поколению без изменений. В процессе развития В-клеток происходит рекомбинация иммуноглобулиновых генов, так что отдельно взятая созревающая В-клетка способна синтезировать иммуноглобулин одной специфичности. Такая моноспецифическая клетка становится источником клона В-клеток, продуцирующих определенный по специфичности иммуноглобулин. Объединяющим моментом всех этих теоретических построений являетсяубежденность в том, что антиген – лишь фактор селекции, но не участник формирования специфичности.