Современные представления о механизмах иммунитета. Специфический и неспецифический иммунитет. Виды иммунитета. Нарушения иммунных реакций.

По современным представлениям иммунитетом называется способность организма отвечать защитными реакциями на все, что ему генетически чужеродно, т.е. на микробы, вирусы, чужие клетки и ткани, на собственные, но генетически измененные клетки, а также на некоторые яды и токсины. Этим повреждающим агентам дали общее название антигены. Защита от антигенов осуществляется посредством неспецифических и специфических механизмов, которые в свою очередь подразделяются на гуморальные и клеточные.

Неспецифические механизмы используются для обезвреживания даже тех антигенов, с которыми организм ранее вообще не сталкивался. Неспецифический гуморальный иммунитет создают защитные белки лизоцим, интерферон и др., постоянно имеющиеся в плазме крови. Неспецифический клеточный иммунитет обусловлен фагоцитарной активностью эозинофилов, базофилов, нейтрофилов и моноцитов, обнаружил И.И.Мечников. Неспецифический гуморальный и неспецифический клеточный иммунитет обусловливают наследственный иммунитет. При наличии наследственного иммунитета организм не восприимчив к инфекции от рождения. Различают видовой наследственный иммунитет и индивидуальный наследственный иммунитет. Человечеству присущ, например, видовой наследственный иммунитет к ящуру.

Специфические механизмы обеспечивают приобретенный иммунитет. Специфические механизмы основаны на "запоминании" антигена при первом контакте с ним организма, "узнавании" его при повторном контакте и быстром уничтожении с помощью особой разновидности Т-лимфоцитов (Т-киллеров) и специально синтезированных антител, преимущественно иммуноглобулинов. Приобретенный иммунитет подразделяется на активно приобретенный, образующийся после прививки или перенесения данного заболевания, и пассивно приобретенный, образующийся вследствие введения сыворотки крови организма, перенесшего данное заболевание. Вакцины состоят из убитых, или живых, но ослабленных микробов или вирусов. Активный иммунитет длится в течение месяцев, лет и даже десятков лет. Различают активно приобретенный естественным путем иммунитет (после перенесения заболевания) и активно приобретенный искусственным путем иммунитет (после прививок). При пассивном иммунитете готовые антитела содержатся в сыворотках крови, вводимых в организм.

В развитии защитных реакций организма основную роль играют лимфоциты. Т-лимфоциты обеспечивают клеточный иммунитет. Различные разновидности Т-лимфоцитов выполняют разные функции. Так, Т-лимфоциты - киллеры (клетки-убийцы) соединяются с чужеродными клетками и убивают их. В мембрану киллеров встроены рецепторные белки, которые представляют собой антитела, возможно, фиксированные иммуноглобулины. Именно эти рецепторы осуществляют контакт лимфоцитов с чужеродными антигенами и их обезвреживание. Этот процесс требует участия так называемых Т-хелперов (лимфоцитов-помощников). Т-хелперы помогают также В-лимфоцитам синтезировать антитела. Третья группа Т-лимфоцитов - это так называемые Т-клетки иммунологической памяти. Эти клетки, живущие более 10 лет, циркулируют в крови и после первого контакта с антигеном "запоминают" его на долгие годы. При повторном контакте с этим же антигеном клетки иммунологической памяти его "узнают" и обеспечивают быструю его нейтрализацию. Четвертая разновидность Т-лимфоцитов - Т-супрессоры, способны подавлять выработку антител В-лимфоцитами и активность других Т-лимфоцитов.

В-лимфоциты обеспечивают гуморальный иммунитет. При попадании в организм антигена В-лимфоциты превращаются сначала в плазмобласты, которые в результате ряда последовательных делений дают плазматические клетки. Цитоплазма плазматических клеток богата рибосомами, активно вырабатывающими антитела, или иммуноглобулины. Плазматические клетки строго специфичны по отношению к определенным антигенам - каждая клетка синтезирует только один тип антител. Антитела, или иммуноглобулины, относятся к сложным белкам -гликопротеидам. Они специфически связываются с чужеродными веществами - антигенами. образуется прочный комплекс антиген-антитело.

Появившаяся в последние годы болезнь СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита) вызывается ретровирусом ВИЧ, который избирательно поражает в организме Т-лимфоциты-хелперы, в результате чего специфические механизмы иммунной системы перестают действовать. Больной становится практически беззащитным перед любой самой безобидной инфекцией. Кроме Т-хелперов, ВИЧ поражает моноциты, микрофаги и клетки ЦНС, имеющие на своей поверхности рецептор Т4, через который вирус проникает в клетку. Иммунитет также подавляется под действием ионизирующего облучения.

57. Раздражимость и возбудимость клетки. Биоэлектрические явле-ния в состоянии покоя и деятельности клетки. Значение биоэлектрических явлений в процессах передачи информации в организме. Раздражимостью называется способность живых клеток, тканей или целого организма отвечать на внешние воздействия изменением своей структуры, а также возникновением, усилением или ослаблением своей деятельности. Эти внешние воздействия называют раздражителями, ответные реакции на них клеток, тканей и всего организма - биологическими реакциями. Сам процесс воздействия раздражителя называется раздражением.

По своей природе раздражители могут быть химическими, электрическими, механическими, температурными, радиационными, световыми, биологическими и др.По своему биологическому значению для каждой клетки все раздражители делятся на адекватные и неадекватные. Адекватными называются те раздражители, которые при минимальной силе раздражения вызывают возбуждение в данном виде клеток, выработавших в процессе эволюции специальную способность реагировать на эти раздражители. Чувствительность клетки к адекватным раздражителям очень велика. Все остальные раздражители называют неадекватными. В той или иной степени способны отвечать на раздражение все живые клетки и ткани. Однако нервная, мышечная и железистая ткань в отличие от других способны осуществлять быстрые реакции на раздражения. Эти ткани получили название возбудимых тканей. К возбудимым клеткам относят и специализированные рецепторные клетки, например, палочки и колбочки сетчатки глаза.

Способность нервных, мышечных и железистых клеток и тканей, а также рецепторных клеток быстро отвечать на раздражение изменениями своих физиологических свойств и возникновением возбуждения называется возбудимостью. Обязательным признаком возбуждения является изменение электрического заряда наружной оболочки или мембраны клетки.

Минимальная сила раздражителя, необходимая для возникновения минимальной ответной реакции клетки и ткани, называется порогом раздражения. Минимальная сила раздражения, необходимая для возникновения возбуждения клетки и генерации потенциала действия, называется порогом возбуждения.

Любая живая клетка покрыта полупроницаемой мембраной, через которую осуществляется пассивный и активный избирательный перенос положительно и отрицательно заряженных ионов. Благодаря этому переносу между наружной и внутренней поверхностью мембраны клетки существует электрическая разность потенциалов - мембранный потенциал. Существует три отличающихся друг от друга проявления мембранного потенциала - мембранный потенциал покоя, местный потенциал и потенциал действия.

Если на клетку не действуют внешние раздражители, то мембранный потенциал долго сохраняется постоянным. Мембранный потенциал такой покоящейся клетки называется мембранным потенциалом покоя. потенциал покоя всегда отрицателен и равен для нервной и поперечно-полосатой мышечной ткани от -50 до -100 мВ. Причиной возникновения потенциала покоя является разная концентрация катионов и анионов снаружи и внутри клетки и избирательная проницаемость для них клеточной мембраны. Цитоплазма покоящейся нервной и мышечной клетки содержит примерно в 20-100 раз больше катионов калия, в 5-15 раз меньше катионов натрия и в 20-100 раз меньше анионов хлора, чем внеклеточная жидкость. В мембране клетки имеются специфические натриевые, калиевые, хлорные и кальциевые каналы, которые избирательно пропускают, соответственно, только Na+, K+,Cl- и Са2+. В состоянии покоя практически все натриевые каналы мембраны клетки закрыты, а большинство калиевых - открыто. Всякий раз, когда ионы калия наталкиваются на открытый канал, они диффундируют через мембрану. Поскольку внутри клетки ионов К+ гораздо больше, то их выходит из клетки гораздо больше, что увеличивает положительный заряд наружной поверхности мембраны. Этот выходящий поток К+ должен был бы вскоре выровнять осмотическое давление (или концентрацию)этого иона, но этому препятствует электрическая сила отталкивания положительных ионов К+ от положительно заряженной наружной поверхности мембраны. Ионы К+ будут выходить из клетки до тех пор, пока сила электрического отталкивания не станет равной силе осмотического давления K+. При таком уровне потенциала мембраны уравновесится выход и вход ионов К+ через мембрану клетки. Поскольку в состоянии покоя почти все натриевые каналы мембран закрыты, то ионы Na+ поступают в клетку в незначительном количестве и поэтому не могут возместить потерю положительного заряда внутренней среды клетки, вызванную выходом ионов К+. Избыток ионов Na+ на наружной поверхности мембраны совместно с выходящими из клетки ионами К+ создают положительный потенциал снаружи мембраны покоящейся клетки. Анионы Сl-, которых больше вне клетки, диффундируют внутрь клетки и несут с собой отрицательный заряд. Уравниванию концентраций ионов Cl- препятствует сила электрического отталкивания одноименных зарядов. Мембрана клетки практически непроницаема для крупных органических анионов, в частности молекул белков, анионов органических кислот. Поэтому они остаются внутри клетки и совместно с поступающими внутрь клетки ионами Cl- обеспечивают отрицательный потенциал на внутренней поверхности мембраны покоящейся клетки.

При действии на клетку различных раздражителей мембранный потенциал покоя начинает уменьшаться, т.е. происходит деполяризация мембраны клетки. С увеличением силы раздражения деполяризация мембраны нарастает. Однако, если сила раздражения не достигла порога, то прекращение раздражения приводит к быстрому восстановлению потенциала покоя. При достижении раздражения пороговой силы возникает быстрое кратковременное изменение величины и полярности заряда мембраны клетки, которое получило название потенциала действия (волна возбуждения, -"нервный импульс"). Причиной возникновения местного потенциала, а затем и по­тенциала действия является раскрытие натриевых каналов и поступ­ление ионов Na+ внутрь клетки. При  нарастании силы раздражения до пороговой этот процесс идет медленно и возникает местный по­тенциал. При достижении критического уровня деполяризации мемб­раны (примерно -50 мВ) проницаемость натриевых каналов мембраны лавинообразно возрастает. Ионы Na+ поступают внутрь клетки, что приводит не только к быстрой нейтрализации отрицательного заряда у внутренней поверхности мембраны, но и к возникновению положи­тельного заряда (инверсия потенциала).

Как только количество ионов Na+ снаружи и внутри клетки сравняется, направленный ток в клетку прекращается и инвер­сия заканчивается при величине примерно 430-40 мВ (рис. I).

 

Рис. I. Развитие потенциала действия в нерве:

УПП - уровень потенциала покоя;

КУД МП - местный

потенциал;

КУД -критический

СГП уровень деполяриза

­ции мембраны;

ПД - потенциал действия;

И - величина инверсии (овершут)

СДП - следовой деполяризационный потенциал;

СГП-следовой гиперполяризационный потенциал.

К этому моменту резко увеличивается проницаемость мембраны для ионов К+ которые в большом количестве выходят из клетки. В ре­зультате у внутренней поверхности мембраны вновь создается отри­цательный заряд, а на наружной поверхности - положительный, т.е. происходит реполяризация мембраны. Быстрые изменения величины и полярности заряда мембраны получили название пика потенциала дей­ствия. Вслед за пиком потенциала действия наблюдаются деполяризационный и гиперполяризационный следовые потенциалы, обусловлен­ные инерционностью процессов движения ионов Na+ и К+ через клеточ­ную мембрану. Длительность потенциала действия составляет около I мс в нервах, 10 мс в скелетной мышце и более 200 мс в миокарде сердца.

Распр-ние потенциала действия по ткани, в особенности нервного импульса по нервам, является самым быстрым и точно ад­ресованным способом передачи инфор-ии в организме.Скорость передачи нервного импульса в быстропроводящих волокнах двигат-ных нервов достигает 120 м/с.

Передача информации в организме путем проведения потенциа­лов действия осуществляется по мембране нервного волокна. При на­несении раздражения достаточной силы на нервное волокно в точке раздражения возникает зона возбуждения (рис. 2). Эта зона имеет на внутренней поверхности мембраны положительный заряд, а на наружной -отрицательный. Соседние невозбужден­ные участки мембраны нервного волок­на имеют обратное соотношение поляр­ности зарядов. Между возбужденным и невозбужденными участками мембраны возникают электрические токи. Они получили название местных токов. Эти токи раздражают соседние невозбужденные участки мембраны. В результате в них изменяется проницаемость ионных каналов, развивается деполяризация и возникает потенциал действия. Эти участки становятся возбужденными. Процесс повторяется и таким образом происходит распространение нервного импульса по нерву в обе стороны от первоначального места нанесения раздражения. Таков механизм проведения возбуждения по безмякотному нервному волокну, в котором оно проводится с небольшой скоростью, постепенно ослабевая.

В мякотных нервных волокнах потенциалы действия возникают только в перехватах Ранвье, где нет миелиновой оболочки, являющейся электрическим изолятором. В результате возбуждение в мякотном нервном волокне передается скачками, от одного перехвата Ранвье к другому. Скорость передачи возбуждения в нем выше, чем в безмякотном волокне, и передается оно практически без ослабления.

 

58. Понятие о рецепторах, органах чувств, анализаторах и сен-сорных системах. Отделы анализаторов. Общие свойства анализаторов. Значение анализаторов для восприятия явлений внешней и внутренней среды. Сложные акты поведения человека во внешней среде требуют постоянного анализа внешней ситуации, а также осведомленности нервных центров о состоянии внутренних органов. Восприятие любой информации о внешней и внутренней среде начинается с раздражения рецепторов. Рецептор - это нервное окончание или специализированная клетка, которая способна воспринимать раздражение и преобразовывать энергию раздражения в нервный импульс. Рецепторы подразделяют на экстерорецепторы, воспринимающие раздражения из внешней среды, и интерорецепторы, сигнализирующие о состоянии внутренних органов. В зависимости от характера раздражителей, к которым рецептор обладает избирательной чувствительностью, рецепторы подразделяют на несколько групп: механорецепторы. терморецепторы, фоторецепторы, хеморецепторы, электрорецепторы, болевые рецепторы. Трансформирование энергии раздражителя в процесс возбуждения, или нервный импульс, происходит за счет обмена веществ самих рецепторов. Раздражитель, действуя на рецептор, вызывает деполяризацию его мембраны и возникновение рецепторного, или генераторного потенциала, который сходен по своим свойствам с местным потенциалом. Когда рецепторный потенциал достигает величины критического потенциала, он вызывает возникновение афферентного импульса в нервном волокне, идущем от рецептора. Более широким понятием, чем рецептор, является понятие орган чувств, под которым понимают образование, включающее рецепторы, а также другие клетки и ткани, способствующие лучшему восприятию рецепторами какого-то определенного раздражения. Например, рецепторы зрения (фоторецепторы) - это палочки и колбочки сетчатки глаза. Вместе с преломляющей системой, оболочками, мышцами, кровеносными сосудами глазного яблока фоторецепторы составляют орган чувств - глаз. Однако для возникновения ощущения одного органа чувств недостаточно. Необходимо, чтобы возбуждение от органа чувств было передано по афферентным путям в ЦНС в соответствующие проекционные зоны в коре больших полушарий. Это было установлено русским ученым И.П. Павловым, который ввел в физиологию понятие анализатор, объединяющее все анатомические образования, в результате деятельности которых возникает ощущение. Анализатор состоит из периферического отдела (соответствующего органа чувств), проводникового отдела (афферентных проводящих путей) и коркового, или центрального, отдела (определенного участка в коре больших полушарий). Например, периферический отдел зрительного анализатора представлен глазом, проводниковый отдел - это зрительный нерв, корковый отдел - зрительная зона коры больших полушарий.

Дальнейшее изучение механизмов восприятия и анализа информации, а также реакции на нее организма привело к появлению более общего, чем анализатор, понятия сенсорные системы. Сенсорная система включает в себя не только сложную многоуровневую систему передачи информации от рецепторов к коре больших полушарий и анализа ее, но и включает процессы синтеза различной информации в коре и регулирующие влияния коры к нижележащим нервным центрам и рецепторам.

Анализаторам характерны следующие общие свойства:

1)Высокая чувствительность к адекватным раздражителям. Например, в ясную темную ночь человеческий глаз может различить свет свечи на расстоянии до 20 км.

2)Адаптация анализаторов, т.е. свойство приспосабливаться к постоянной интенсивности длительно действующего раздражителя. При действии сильного раздражителя возбудимость анализатора уменьшается и пороги раздражения возрастают, при действии слабого раздражителя возбудимость анализатора увеличивается и пороги раздражения снижаются. Хорошо адаптируются обонятельный, температурный, тактильный анализаторы, очень мало адаптируются вестибулярный, двигательный и болевой анализаторы.

3)Иррадиация и индукция в нейронах анализатора. Иррадиация - это распространение возбуждения на другие нейроны в корковом отделе того же анализатора. Ее можно наблюдать при рассматривании квадратов одинакового размера на разном фоне. Так, белый квадрат на черном фоне кажется больше, чем таких же размеров черный квадрат на белом фоне. Индукция бывает одновременная и последовательная. Одновременная индукция является процессом, противоположным иррадиации. Суть ее в том, что одновременно с развитием возбуждения в одних нейронах анализатора в соседних вызывается торможение. Последовательная индукция состоит в том, что после прекращения возбуждения в нервных центрах анализатора развивается процесс торможения, а после прекращения торможения - процесс возбуждения.

4)Следовые процессы в анализаторах. После прекращения раздражения рецепторов физиологические процессы в анализаторе еще длятся некоторое время в виде положительных и отрицательных следовых явлений. Положительные следовые процессы являются как бы кратковременным продолжением процессов, происходивших в анализаторах при действии раздражителя.

5)Взаимодействие анализаторов. Все анализаторы функционируют не изолированно, а во взаимодействии друг с другом. Их взаимодействие может усиливать или наоборот ослаблять ощущения. На-пример, звуковые раздражители воспринимаются легче при сочетании их со световыми, на чем основана светомузыка.

 

59. Системный принцип управления физиологическими функ-циями как основа сложного поведения. Понятие о функциональной системе поведенческого акта (П.К.Анохин). Составные элементы функциональной системы. Анохина. Ведущее значение в физиологических механизмах сложных пове­денческих актов принадлежит нервной системе. ЦНС регулирует и координирует физиологические функции, определяя их ритм и общую направленность. В свою очередь, частные формы физиологических функций благодаря обратным связям оказывают влияние на высший управляющий аппарат. Такая форма контроля и взаимного влияния физиологических функций лежит в основе системного управления в целостном организме. П.К. Анохин первый обратил внимание на то, что системы в живом организме не просто анатомически соединяют входящие в них отдельные элементы, но и объединяют их для осуществления отдель­ных жизненно важных функций организма. Осуществление любого пси­хического или физиологического процесса связано с образованием в организме функциональных систем, обеспечивающих достижение нуж­ных результатов и обусловливающих целенаправленное поведение. В отличие от традиционных анатомо-физиологических систем, которые состоят из определенного постоянного набора органов, функциональные системы производят избирательное объединение раз­личных органов в разных комбинациях из разных анатомических сис­тем для достижения полезных для организма приспособительных результатов. Один и тот же орган, включенный в различные функцио­нальные системы, может выполнять различные функции.

Функциональная система целостного поведенческого акта включает в себя следующие механизмы: I) афферентный синтез; 2) принятие решения; 3) акцептор результатов действия; 4) выпол­нение действия; 5) получение результатов действия и сравнение их на основе обратной афферентации с программой действия.

Стадия афферентного синтеза складывается из мотивационного возбуждения, обстановочной афферентации, использования аппарата памяти, пусковой афферентации. Работа функциональной системы направлена на получение поле­зного приспособительного результата для удовлетворения возникшей биологической или социальной потребности. Вызвав активность в определенных структурах мозга, потребность приводит к возникно­вению мотивации. В организм постоянно поступает много разнообраз­ной информации и одновременно может существовать несколько моти­ваций. В каждый момент времени мотивация, в основе которой лежит наиболее важная потребность, становится доминирующей. Доминиру­ющее мотивационное возбуждение определяет все последующие этапы мозговой деятельности по формированию поведенческих программ. Для правильного программирования дальнейшего поведения ор­ганизму необходимо оценить окружающую обстановку и свое положе­ние в ней. Это достигается благодаря обстановочной афферентации, т.е. поступлению от рецепторов потока импульсов, несущих инфор­мацию об условиях, в которых предполагается осуществить поведен­ческий акт, направленный на удовлетворение возникшей потребности.

Обязательным компонентом, который неоднократно используется в функциональной системе, является нейрофизиологический аппарат памяти. Благодаря памяти, обстановочная афферентация сравнивает­ся с теми условиями в прошлом, при которых была успешной дея­тельность, которую организму предстоит совершить. Если окружающая обстановка и состояние организма благоприятствуют предполагаемому поведенческому акту, то информация, поступающая от рецепторов, становится пусковой (пусковая аффере­нтация) для принятия решения о выполнении действий для удовлет­ворения потребности.

На основе афферентного синтеза осуществляется принятие ре­шения. Извлекая из памяти информацию о собственном или чужом опыте по удовлетворению потребности в аналогичной обстановке, мозг выбирает один из многих способов для достижения поставлен­ной цели. При этом избирательно возбуждаются нервные центры, которые обеспечивают осуществление выбранной поведенческой ре­акции. Деятельность нервных структур, мешающих выполнению дан­ной реакции, тормозится.

Вслед за принятием решения вырабатывается эфферентная про­грамма действия и одновременно формируется специальный аппарат прогнозирования будущих результатов - акцептор результатов действий. Эфферентная программа действия представляет собой определенную последовательность набора нервных команд, поступающих на исполнительные органы - эффекторы. Акцептор результатов действия представляет собой нейронную модель предполагаемого результата, к которому должно привести данное действие. Благодаря акцептору результатов действия осуществляется быстрое включение согласно с программой исполнительных органов функциональной системы и происходит выполнение действия.

Осуществление действия приводит к реальному результату, ин­формация о котором с помощью обратной афферентации (обратных связей) поступает в акцептор действия, где сравнивается с запро­граммированным результатом. Если полученный эффект соответствует запрограммированному, то человек испытывает положительные эмоции. Программа, приводящая к успешному выполнению поведенческого акта и полезному приспособительному результату, закрепляется в долго­срочной памяти, а сформировавшаяся функциональная система пере­стает существовать, т.к. произошло удовлетворение потребности и соответствующая мотивация перестает быть доминирующей.

При отсутствии ожидаемого результата возникают отрицатель­ные эмоции и может произойти один из вариантов: I) повторная по­пытка выполнения тех же рефлекторных реакций по той же программе;- 2) при стойкой мотивации происходит перестройка программы дейс­твия, вносятся поправки в его выполнение; 3) при нестойкой мо­тивации отсутствие ожидаемого результата может привести к измене­нию самой мотивации или к ее исчезновению. Таким образок, сложные поведенческие акты организма строятся не по типу раздражение рецептора - ответная реакция эффектора, а по принципу рефлекторных кольцевых взаимодействий, которые является одним из основных механизмов деятельности функциональных систем. Можно привести следующий пример образования и деятельности функциональной системы в организации поведения в повседневной жизни. Приближение праздника 8-е Марта вызывает социальную потребность у подростка поздравить свою мать, в результате чего возникает доминирующее мотивационное возбуждение. Сын задумывается на тем, какой подарок сделать маме и вспоминает, что ей нравятся цветы гладиолусы, роман М. Митчел "Унесенные ветром", повести В.Быкова и французские духи. Обстановочная афферентация показывает, что в начале марта цветущих гладиолусов не найти, а духи дорогие и на них у подростка не хватает денег. Доступность книг по цене делает эту афферентную информацию пусковой. Принимается решение - купить какую-нибудь из нравящихся маме книг, желательно роман "Унесенные ветром" т.к. она давно уже хотела его иметь. Школьник вспоминает, что нужную книгу он недавно видел в двух магазинах. Составляется программа выполнения - посмотреть и купить роман в ближайшем книжном магазине. Однако в магазинах подросток узнает, что необходимый роман уже раскупили. Эта информация является отрицательной обратной связью. Она поступает в акцептор результатов действия. Поскольку полученный результат (роман не куплен) не совпадает с запрограммированным, акцептор результатов действия вносит поправку в программу действий: съездить еще на книжный рынок и если не будет романа "Унесенные ветром", то купить книгу повестей В.Быкова. На книжном рынке подросток находит повести В.Быкова и покупает их. Полезный результат достигнут. Потребность школьника удовлетворяется, мотивация угасает и данная функциональная система перестает существовать.