Механизмы защиты макроорганизма от инфекции

Развитие болезни является обоюдным процессом, в котором значительную роль играет подвергшийся инфицированию макроорганизм. Он огвечает на воздействие паразита изменением своей жизнедеятельности. Высокоорганизованные макроорганизмы обладают целым набором способов реагирования на повреждающие воздействия. Система, противостоящая агрессии чужеродных биологических агентов, носит название иммунитета. Болезнь протекает тяжелее и повреждения более выраженные, если микроорганизм обладает высокой патогенностью, а защитные силы хозяина ослаблены.

Защитные факторы высших животных подразделяются на три основные группы. К неспецифическим факторам причисляют различные защитные реакции, направленные на поддержание постоянства внутренней среды организма. Эти факторы присутствуют у макроорганизма постоянно и не зависят от наличия возбудителя. Барьерными свойствами обладает нормальная неповрежденная кожа, которая механически препятствует проникновению возбудителей. Кислые потовые выделения оказывают бактерицидное действие на многие микроорганизмы. Слизистые оболочки высших животных противостоят инфекционным агентам механически и с помощью выделяемых ими жидкостей (слюны, слизи, слезной жидкости, мокроты и т. д.). В них содержатся различные антимикробные соединения, например, лизоцим, растворяющий многие виды микробов. Значительным бактерицидным действием обладает желудочный сок, имеющий высокую кислотность. Мощным барьером для посторонних микроорганизмов является нормальная микробиота слизистых оболочек высших животных. Возбудители конкурируют с ней за питательные вещества и места прикрепления, а также подвергаются действию ее агрессивных метаболитов и антимикробных соединений. Инфекционный агент, закрепившийся на поверхности слизистых оболочек, может вызывать местные повреждения или воздействовать на другие ткани и органы путем диффузии токсических веществ. Если патогенному микроорганизму удается проникнуть через кожу и слизистые оболочки, следующим препятствием становятся лимфатические узлы и биохимическая среда тканей организма. Так, клетки тканей выделяют особые вещества-сидерофоры, связывающие ионы железа и делающие его недоступным для микробных клеток. Клетки разных тканей и органов способны образовывать особые соединения, оказывающие ингибирующее действие на микроорганизмы и активирующие защитные реакции макроорганизма. Например, сыворотка крови содержит сложный комплекс белков (комплемент), лизирующий некоторые виды бактерий и клеток. Кроме того, комплемент принимает участие и в специфических иммунных реакциях. Бактерицидным действием в отношении разных групп микроорганизмов обладают белковые и небелковые вещества, циркулирующие в крови и тканевых жидкостях (лизины, пропердин, лейкины, абластин и др.). Проявлением песпецифической защиты служит выделительная функция различных органов, освобождающая организм от вредных факторов.

Мощной формой неспецифической защиты организма является фагоцитоз — процесс активного поглощения и лизиса чужеродных частиц клетками организма. Клетки, способные к фагоцитозу, находятся в крови и тканях организма и делятся на микрофагов и макрофагов (табл. 12.1).

Виды и функции фагоцитов.

Микрофаги (моноциты и гранулоциты) циркулируют в крови и входят в группу белых клеток крови (лейкоцитов). Это подвижные клетки, которые перемещаются к местам проникновения в ткани инфекционного агента благодаря хемотаксису. Хемотаксис вызывается веществами, выделяемыми тканями в ответ на повреждение. В тканях гранулоциты осуществляют фагоцитоз, а моноциты увеличиваются в размере и превращаются в макрофаги с повышенной фагоцитарной активностью. Неподвижные (покоящиеся) макрофаги выстилают полости и образуют структурную сеть в печени, селезенке, кровеносных сосудах, костном мозге и лимфатических узлах. Значительная часть возбудителей, проникших в организм, уничтожается этими фагоцитами. Процесс фагоцитоза включает несколько стадий (рис. 12.3, а). Сначала чужеродный агент прикрепляется к мембране фагоцита. Затем фагоцит формирует псевдоподии, обволакивающие частицу и сливающиеся с образованием вакуоли. Фагоцитарная вакуоль соединяется с лизосомами, содержащими литические ферменты и ферменты, способствующие образованию активных форм кислорода. Их действие приводит к полному разрушению микробных клеток. Такое развитие событий называют завершенным фагоцитозом.

Рис. 12.3. Процессы фагоцитоза:

а — завершенного; б — незавершенного При незавершенном фагоцитозе некоторые возбудители после поглощения фагоцитом не только не перевариваются, но и могут размножаться внутри него (рис. 12.3, б). Такой способностью обладают, например, возбудители гонореи, проказы, лейшманиоза, брюшного тифа (Neisseria gonorrhoeae, Mycobacterium leprae, Leischmania tropica, Shigella typhi) и др. Некоторые патогенные микроорганизмы устойчивы к фагоцитозу за счет образования веществ, блокирующих разные его стадии или убивающих фагоцитарные клетки. Активировать фагоцитоз могут некоторые вещества неспецифической защиты (комплемент, гистамин, серотонин), соединения, повышающие температуру организма, а также специфические иммунные реакции.

Вторую группу защитных механизмов составляют видовые факторы устойчивости к определенным возбудителям, передающиеся по наследству, или врожденный иммунитет. Он выражается в невосприимчивости организмов одного вида к патогенам, вызывающим болезнь у представителей других видов. Например, животные устойчивы ко многим заболеваниям человека (ветряной оспе, кори, вирусному гепатиту и др.), а человек, в свою очередь, не болеет чумой собак, куриной холерой и т. д. Врожденный иммунитет зависит от анатомо-физиологических особенностей организмов конкретного вида и сформировался в процессе эволюции самого вида и его взаимоотношений с болезнетворными микроорганизмами. Устойчивость к инфекции в этом случае обусловлена отсутствием в клетках макроорганизма рецепторов, необходимых для прикрепления и размножения возбудителя, и выработкой соединений, блокирующих разные стадии заражения.

К специфическим факторам защиты относятся реакции приобретенного иммунитета. При контакте хозяина с проникшим возбудителем запускается каскад специфических защитных реакций, именуемых иммунным ответом. Одной из форм иммунного ответа является гуморальный иммунитет. Это выработка антител (иммуноглобулинов) — особых белков плазмы крови, способных связывать антигены (рис. 12.4).

Рис. 12.4. Принципиальное строение молекулы иммуноглобулина.

Антигеном называют любой генетически чужеродный фактор, обычно содержащий какой-либо белок или полисахарид. Антигены и антитела обладают строгой специфичностью, т. е. при введении в организм определенного антигена образуются антитела, способные вступать в реакцию только с ним. Второй формой иммунного ответа является клеточный иммунитет, т. е. образование специфических чувствительных клеток.

За иммунный ответ организма отвечает лимфоидная система, представленная многочисленными органами и тканями и распространенная по всему телу. Центральными органами человека являются костный мозг и вилочковая железа (тимус), а к периферическим относятся селезенка, лимфатические узлы, кровь и др. В костном мозге образуются лимфоидные стволовые клетки, которые дают начало предшественникам Ви Т-лимфоцитов. Лимфоциты — эго один из типов белых клеток крови.

В-лимфоциты ответственны за образование антител разных классов, но с общим принципиальным строением (см. рис. 12.4). В их молекуле имеется два одинаковых участка связывания, к которым молекула антигена «подходит» как ключ к замку. Конкретный антиген, впервые попадая в организм и адсорбируясь на мембране В-лимфоцита, вызывает его размножение и образование однородной группы В-лимфоцитов, способных «узнавать» именно этот антиген. Часть таких клеток увеличивается в размерах, прекращает расти и начинает производить антитела, связывающие антигены. Эти клетки живут всего несколько дней. Связывание антител с вирусными частицами или токсинами препятствует их адсорбции на мембранах клеток хозяина. Микробные клетки в комплексе с антителами становятся значительно чувствительнее к фагоцитозу и к лизису под действием комплемента. Связывание антител с инфекционным агентом многократно активизирует неспецифические реакции хозяина. Другая часть В-лимфоцитов длительно сохраняется в лимфатических узлах и отвечает за иммунологическую память организма. Если тот же антиген попадает в организм повторно, то благодаря этим клеткам иммунная реакция развивается быстрее и эффективнее. На некоторые инфекции (натуральную оспу, корь, свинку и др.) иммунная память сохраняется пожизненно.

Т-предшественники, попадая в тимус, превращаются в Т-лимфоциты четырех типов, которые участвуют в регуляции выработки антител В-клетками, а также отвечают за клеточный иммунитет. При поглощении инфекционного агента макрофагами его антигены не гидролизуются, а остаются связанными с мембраной макрофага. Этот комплекс «узнают» Т-хелперы и синтезируют особые вещества, активирующие В-лимфоциты. Т-суирессоры угнетают В-лимфоциты и Т-хелнеры, снижая антителообразование и замедляя иммунный ответ. Т-киллеры, связываясь с антигеном, выделяют токсические соединения, убивающие клетки, несущие этот антиген. Таким образом, развитие иммунного ответа организма — это комплексный процесс с участием трех типов лейкоцитов (рис. 12.5).

Макрофаги, захватывая инфекционный агент, помещают его антигенные части на своей поверхности и вступают в контакт с Ти В-лимфоцитами. В-лимфоциты образуют соответствующие антитела, а Т-лимфоциты управляют скоростью антителообразования и уничтожают клетки, содержащие антиген.

Рис. 12.5. Упрощенная схема иммунного ответа:

АГ — антигены; АТ — антитела; В — В-клетки; Т-х — Т-хелперы; Т-с — Т-супрессоры;

Т-к — Т-киллеры; пояснения см. в тексте.

Приобретенный иммунитет подразделяют па естественный и искусственный. Активный естественный иммунитет формируется после перенесенной болезни, а его пассивная форма приобретается новорожденным от матери в период внутриутробного развития. Активная форма искусственного иммунитета вызывается введением в организм антигенных препаратов (вакцин), а пассивная — готовых антител (сывороток).

Наиболее часто встречающимся видимым проявлением действия защитных сил организма в ответ на повреждающий фактор является воспалительный процесс (воспаление). Картина воспаления характеризуется возникновением красноты, отека, повышением температуры и болевыми ощущениями. К покраснению приводит расширение кровесносных капилляров и увеличение тока крови, а отек вызывается притоком жидкости в ответ на выход из сосудов растворимых белков. Поврежденные клетки выделяют особые вещества (в частности, гистамин и серотонин), привлекающие гранулоциты и моноциты к месту повреждения (очагу инфекции). Эти фагоциты выделяют лизосомные ферменты, разрушающие клетки поврежденных тканей. Макрофаги поглощают и переваривают микробные клетки и мертвые клетки хозяина. Лимфоциты также мигрируют к месту повреждения, при этом В-клетки образуют антитела, а Т-клетки синтезируют клеточные токсины, вызывающие некроз близлежащих тканей. Т-лимфоциты также выделяют вещества, активирующие макрофаги. Комплексы «антиген—антитело» активизируют комплемент, способный лизировать микробные клетки и клетки хозяина, несущие антигены. Отмершие ткани характеризуются пониженным содержанием кислорода и увеличенной концентрацией молочной кислоты, что для многих возбудителей является неблагоприятным. Масса мертвых клеточных остатков образует гной. Действие защитных факторов в очаге инфекции в виде возникновения воспаления в ряде случаев помогает предотвратить процесс дальнейшего распространения возбудителя внутрь организма хозяина.

Макроорганизм может обезвреживать не только сами бактериальные клетки, по и их токсины. При полном освобождении от возбудителя формируется стерильный иммунитет (например, после кори, натуральной оспы, коклюша). При некоторых длительно протекающих заболеваниях невосприимчивость связана с присутствием в организме клеток возбудителя. Такой нестерильный иммунитет отмечен при туберкулезе, проказе, сифилисе и некоторых других заболеваниях.

Иммунная система хозяина способна «узнавать» многие структуры и соединения микробной клетки, поэтому у микроорганизмов в процессе эволюции выработались механизмы «ухода» от факторов иммунитета. Образование капсул — это один из путей экранирования клеточной стенки: полисахаридные и белковые капсулы прокариот закрывают пептидогликан и липополисахариды, препятствуя активации комплемента сыворотки крови хозяина. Путем образования покрытия из некоторых сывороточных белков хозяина на поверхности своих клеток микроорганизмы могут избегать фагоцитоза. Иммунный ответ хозяина снижается, если прокариоты включают особый механизм антигенного варьирования, который позволяет им быстро заменять компоненты в некоторых поверхностных структурах (жгутиках, липополисахаридах, пилях, капсулах, белках клеточной стенки и т. д.). Микроорганизмы образуют ряд полифункциональных экзопродуктов, инактивирующих защитные соединения хозяина (ферменты, разрушающие комплемент, лизоцим, некоторые иммуноглобулины). Микроорганизмы могут «обманывать» иммунитет хозяина с помощью антигенной мимикрии, образуя молекулы, сходные с молекулами макроорганизма. Некоторые возбудители становятся менее узнаваемыми защитной системой хозяина из-за утраты или дефектности своих клеточных стенок.

У бактерий гены, кодирующие факторы патогенности и системы их выделения, располагаются тесными группами («островами патогенности») на кольцевой хромосоме. Для большинства возбудителей высказывается предположение, что «острова патогенности» являются результатом латерального переноса генов, однако механизм обмена данными участками хромосомы между бактериями остается неясным.