Защитные функции тканей внутренней среды

Общие представления

Неотъемлемое свойство любого организма – открытость. Поэтому для жизнеподдержания в организм извне постоянно поступают вещества и физические тела в различном качестве и состоянии. При этом во многих случаях в организм проникают и нежелательные, а значит, опасные для него объекты, и потому подлежащие обезвреживанию и удалению. Также и в процессе жизни в самом организме возникают – как нормально, так и патологично - структуры, требующие устранения.

С другой стороны, при повреждении покровных тканей организму часто грозит потеря необходимых компонентов внутренней среды, особенно жидкостей: крови, гемолимфы, целомической жидкости и т. д. Реакции, предотвращающие их потерю, носят название свёртывание или коагуляция; они включаются при контакте жидкости с чужеродной средой или поверхностью (один из вариантов такой реакции рассматривался выше).

Объекты, подлежащие удалению из организма, можно условно поделить на следующие группы:

1) молекулы различных веществ;

2) физические тела различного размера;

3) отдельные мёртвые, стареющие, а также опухолевые клетки и целые органы (например, при метаморфозе);

4) одноклеточные

5) и многоклеточные организмы (естественно, патогенные).

Однако, несмотря на разнообразие таких объектов, принципы их обезвреживания едины, реакции однотипны. Их конечный результат – изоляция объекта от организма. Это осуществляется либо

а) путём заключения объекта во внутриклеточную вакуоль с последующим перевариванием или без такового - эндоцитоз, либо

б) путём построения вокруг него капсулы из клеток и/или внеклеточных веществ–изоляторов - инкапсуляция (инкапсулирование).

Соответственно, эндоцитозу подлежат объекты размером меньше, а инкапсуляции – больше размеров клетки. (Нередко различают пино - и фагоцитоз. В первом случае поглощаются частицы размером менее, а во втором – более 0,1 мкм).

В дальнейшем изолированный объект может быть либо выведен из организма, либо храниться внутри него.

Решающим критерием запуска какого-либо типа защитной реакции является чужеродность объекта. При этом, как следует из вышесказанного, чужеродное – это не обязательно проникшее извне. «Чужеродность» в данном случае понятие функциональное – то есть то, что запускает какую-либо защитную реакцию.

В осуществлении любой защитной реакции организма можно условно выделить три этапа:I) распознавание; II) подготовка защитных механизмов; III) эффекторное действие. В основе большинства из этих явлений лежит один и тот же принцип – комплементарности (соответствия) (рис. 13).

I). Распознавание чужеродного объекта. Его осуществляют рецепторные молекулы поверхности защитных клеток (см. ниже).

II). Затем следует цепь событий, в результате которых становится возможным выполнение эффекторной реакции или её подавление. Этот этап можно назвать регуляторным. Он обеспечивает выбор типа реакции, её точную направленность и нужные масштабы.

Регуляторные процессы в свою очередь можно разделить на две группы (А и Б):

А). Подготовка клеточных и молекулярных защитных механизмов: активация эффекторных клеток, стимуляция их созревания и деления, синтез и секреция гуморальных регуляторных факторов, контактные межклеточные взаимодействия и т. д.

Б). Подготовка чужеродного объекта к изоляции. Её основные способы:

1) если это живые клетки и многоклеточные организмы, то объект может быть убит при помощи цитотоксических механизмов (благодаря этому он не только предварительно обезвреживается, но и легче распознаётся);

2) агрегация однородных объектов - «укрупнение» их для более эффективной дальнейшей изоляции (агрегация молекул – преципитация, клеток – агглютинация); вещества, обеспечивающие агрегацию, называют соответственно преципитинами или агглютининами (как правило, это один и тот же класс молекул);

4) опсонизация – осаждение на объекте особых веществ – опсонинов – которые служат для эффекторных клеток знаком «чужое», так как эти клетки имеют на своей поверхности рецепторы к этим веществам; опсонины часто синтезируются не фагоцитами, а особыми клетками (часто опсонины и агглютинины – одни и те же вещества).

III). Эффекторное действие – эндоцитоз, инкапсуляция.

Рис. 13. Молекула, распознающая антиген (АГ), в роли клеточного рецептора
(а), агглютинина (б), опсонина (в) (по Е. Н. Горышиной, О. Ю. Чага, 1990):
1 – эпитоп, 2 – распознающая молекула, 3 – рецептор к опсонину.

В простейших случаях все три рассмотренные этапа могут осуществляться одной клеткой (например, макрофагом). Для таких сложных процессов, как свёртывание, инкапсуляция или поглощение опсонизированных объектов необходимо взаимодействие разных клеток.

Максимальная точность распознавания чужеродности и регуляции защитных функций достигается с развитием у позвоночных сложной иммунной системы. Последняя становится не только системой сугубо защитной, но и одним из компонентов интегративной «надсистемы» организма – наряду с нервной и эндокринной.

Точность распознавания зависит от того, насколько широк круг объектов, принимаемых организмом за «свои»; при этом она не зависит однозначно от уровня организации животного.

Важная характеристика распознавания – его специфичность, то есть способность организма различать не только «своё» и «чужое», но и разные виды «чужого». Специфическое распознавание предполагает наличие у клеток защитных систем организма молекул-рецепторов, которые связываются со строго определённым веществом или химическими группами. Число распознаваемых разновидностей «чужого» зависит от числа типов таких рецепторов.

В основе современного понимания иммунных процессов лежит так называемая клонально-селекционная теория Ф. М. Бернета («аксиома Бернета»), согласно которой:

1) все клетки одного клона вырабатывают один тип антитела;

2) антитела и продуцирующие их клоны всех специфичностей возникают не под влиянием антигена и существуют в организме до встречи с ним;

3) антиген, введённый в организм, избирательно стимулирует деление и созревание клеток со специфическими к нему рецепторами, то есть имеет место селекция клонов под действием антигена.*

Таким образом, в ответ на проникновение в организм антигена вырабатывается специфическое антитело, которое избирательно связывается с данным антигеном, являясь для него опсонином (см. выше).

Антителами, как и рецепторами к антигену, являются иммуноглобулины (Ig)– белки весьма характерного строения; обычно различают ряд классов иммуноглобулинов, обозначаемых латинскими буквами (IgG, IgM, IgA, IgE, IgD).

_____________________________________________________________

*А нтиген («antigen» - ant ibody gen erator – англ.) – то есть то, что генерирует, запускает выработку антител.

 

Следовательно, для связывания каждого антигена необходима выработка специфического, то есть только ему одному соответствующего иммуноглобулина. А поскольку число потенциальных для данного организма антигенов бесконечно, следовательно, необходим синтез бесконечного числа белков-антител, для чего, в свою очередь, необходимо бесконечное число кодирующих их генов. Однако геном, как и любой носитель информации, конечен по объёму. Потому рассмотренный выше (в разд. 1.4.) принцип дифференциации (основанный на единстве генома всех соматических клеток) в данном случае невозможен. Следовательно, здесь имеет место мутагенная дифференцировка клеток. То есть, по всей видимости, гены, кодирующие синтез иммуноглобулинов, обладают некоей супермутабельностью, за счёт чего и возможно возникновение каких угодно вариантов иммуноглобулинов.

Как правило, иммунный ответ заключается 1) в распознавании возбудителя или иного чужеродного объекта и 2) в развёртывании цепи реакций, направленных на их устранение.

В широком смысле все разнообразные формы иммунного ответа можно разделить на два типа – врождённые и приобретённые реакции.

Разница в их генезисе понятна из названий. Основное различие между этими двумя типами иммунореактивности – в том, что приобретенный иммунитет высокоспецифичен в отношении каждого конкретного возбудителя. Повторная встреча с тем или иным патогенным объектом не приводит к изменениям врождённого иммунитета, но повышает уровень приобретённого: иммунная система как бы «запоминает» возбудителя, чтобы впоследствии предотвращать вызываемую им инфекцию.

Таким образом, главные характеристики приобретённого иммунитета – специфичность и иммунная память.

Основные изученные формы иммунного ответа - комплемент, клеточный (трансплантационный) и гуморальный иммунитет, гиперчувствительность и др. Иммунные механизмы лежат в основе различных процессов, происходящих в организме.

 

Современная иммунология – бурно развивающаяся дисциплина. В программе обучения на биологическом факультете наличествует отдельный курс иммунологии, поэтому в данном учебном пособии иммунные реакции почти не рассматриваются.

Отметим лишь некоторые эволюционные закономерности формирования иммунной системы (табл. 7, 8).

 

Таблица 7

Эволюция иммунной системы

(по А. Ройту и др., 2000)

 

Этап эволюции или фактор отбора	Элементы иммунной системы
Одноклеточные организмы	Распознавание и различение
Многоклеточные (включая колониальные)	Система гистосовместимости, аллогенное распознавание и кратковременная иммунологическая память
Мезодерма и кровеносная система, разделение функций питания и защиты	Свободноциркулирующие и более разнообразные виды клеток крови, клеточный иммунитет и эритроциты
Рак и вирусные инфекции, сопряжённые с усложнением организмов и возрастанием продолжительности жизни	Иммунологический надзор со стороны собственных клеток для выявления инфицированных и раковых клеток
Предковые позвоночные	Совершенствование распознавания и различения
Низшие позвоночные: увеличение размеров и продолжительности жизни, меньшая, чем у позвоночных способность к размножению	Настоящие лимфоциты, лимфоидная ткань и продукция антител, долговременная иммунологическая память
Выход на сушу, воздействие радиации и развитие сосудистой системы с высоким давлением крови	Костный мозг, дополнительные классы антител, Т - и В-лимфоциты, усложнение лимфоидных органов, ЛТК
Амниоты; утрата свободноживущих личиночных форм	Развитие дифференцировки иммунокомпетентных клеток для большего разнообразия реакций и эффективности иммунной системы
Гомойотермия, создающая благоприятные условия для роста патогенных микроорганизмов	Повышение эффективности иммунной системы, интеграция клеточных и гуморальных реакций, центры размножения во вторичных лимфоидных органах, лимфоузлы
Живорождение; взаимосвязь организма матери и плода	Дополнительная тонкая регуляция иммунной системы для предотвращения отторжения плода

 

 

Таблица 8