Budowa i funkcjonowanie układu odpornościowego

Elementy układu odpornościowego

Drobnoustroje chorobotwórcze mogą dostać się do każdego miejsca w organizmie, dlatego układ odpornościowy jest rozproszony. Tworzą go wszystkie narządy układu limfatycznego oraz wyspecjalizowane komórki biorące udział w reakcjach odpornościowych. Są to m.in. limfocyty, makrofagi, granulocyty, komórki tuczne i dendrytyczne. Ich działanie jest wspomagane przez różne cząsteczki takie jak przeciwciała.

Tkanki i narządy układu odpornościowego

Komórki biorące udział w reakcjach odpornościowych

Limfocyty B - dojrzewają w szpiku kostnym czerwonym. Ich zadanie polega na wytwarzaniu przeciwciał.
Limfocyty T - dojrzewają w grasicy. Rozpoznają antygeny, biorą udział w regulacji reakcji odpornościowej organizmu oraz niszczeniu patogenów. Są zróżnicowane na klasy:
Do limfocytów należą też komórki NK, nazywane naturalnymi zabójcami (ang. natural killer). Odznaczają się one zdolnością do niszczenia innych komórek organizmu, np. zmienionych nowotworowo lub zainfekowanych wirusem
Makrofagi to komórki powstające z monocytów. Fagocytują one patogeny na różnych etapach reakcji odpornościowej.

Granulocyty obojętnochłonne i kwasochłonne biorą udziął w fagocytozie. Oznacza to że, pochłaniają różne rodzaje antygenów. Granulocyty zasadochłonne magazynują i wydzielają m.in. histaminę. Jest to substancja, która zwiększa przepuszczalność naczyń, co prowadzi do zaczerwienienia i obrzęku uszkodzonej tkanki (czyli stanu zapalnego)

Komórki tuczne (mastocyty) to komórki tkanki łącznej występujące w obrębie różnych narządów, wytwarzające i gromadzące m.in. histaminę. Odgrywają podobną rolę jak granulocyty zasadochłonne.

Komórki dendrytyczne powstają w szpiku kostnym. Podobnie jak komórki nerwowe mają wypustki - stąd ich nazwa.

Limfocyty B, makrofagi oraz komórki dendrytyczne są tokomórki prezentujące antygeny (ang. antigen presenting cells - APC). Pochłaniają one antygeny, a następnie dzielą je za pomocą enzymów na fragmenty, które umieszczają na swojej powierzchni. W tej formie antygeny są rozpoznawane przez limfocyty T.

Cząsteczki uczestniczące w reakcjach odpornościowych

Przeciwciała określana są też mianem immunoglobin (Ig). Pojedyncze przeciwciało ma zazwyczaj kształt litery Y. Składa się z czterech łańcuchów polipeptydowych : dwóch ciężkich (H) oraz dwóch lekkich (L). Końcówki obu ramion stanowi charakterystyczna dla danego przeciwciała sekwencja aminokwasów, która jest dopasowana do struktury konkretnego antygenu. Jeden rodzaj przeciwciał wiąże się tylko z jednym, idealnie pasującym antygenem.
Przeciwciała na różne sposoby przyczyniają się do unieszkodliwiania antygenów. Same nie potrafią ich zniszczyć, ale wiążąc antygeny, naznaczają je, dzięki czemu są one łatwym celem dla komórek (np. limfocytów Tc) lub białek układu dopełniacza, które potrafią je zniszczyć. Wyróżnia się 5 klas immunoglobin (IgG, IgA, IgM, IgD, IgE), aktywujących różne mechanizmy unieszkodliwiania antygenu.
Układ dopełniacza jest tworzony przez zespół ok. 30 enzymów osocza krwi. Swoją nazwę zawdzięcza on zdolności wspomagania (dopełniania) czynności przeciwciał w zwalczaniu infekcji. Układ dopełniacza jest aktywowany przez połączenie antygenu z przeciwciałem (IgG lub IgM). Jego aktywacja prowadzi m.in. do niszczenia komórek bakteryjnych i zakażonych komórek organizmu, gromadzenia się komórek układu odpornościowego w miejscach procesów zapalnych oraz stymulowania syntezy i uwalniania białek pełniących funkcję regulatorowe w procesach odpornościowych.
Cytokliny to różnorodne peptydy lub białka wytwarzane i wydzielane przez komórki układu odpornościowego. Wpływają one na wzrost, namnażanie i aktywowanie komórek uczestniczących w odpowiedzi immunologicznej. Ze względu na funkcje wyróżnia się m.in.: interleukiny (przekazują informacje między krwinkami białymi), interferony (są zaangażowane w obronę przeciwwirusową) i chemokliny (powodują przemieszczanie się leukocytów do miejsca zakażenia).

Klasa Opis
IgG Występuje we krwi i tkankach, jako jedyne przenikają przez łożysko (chronią płód). Są głównymi przeciwciałami biorącymi udział w reakcji odpornościowej
IgA Występują głównie w wydzielinach błon śluzowych, m.in. przewodu pokarmowego, dróg oddechowych i układu moczowo-płciowego, zapewniając obronę w miejscu występowania
IgM Występują na powierzchni limfocytów B oraz we krwi. Wydzielane we wczesnych stadiach reakcji odpornościowej organizmu, eliminują patogeny zanim zostaną wytworzone odpowiednie ilości IgG.
IgD Występują na powierzchni limfocytów B, biorą udział w ich różnicowaniu
IgE Występują w tkankach, powodują uwalnianie histaminy z komórek łącznych. Uczestniczą w zwalczaniu pasożytów oraz w reakcjach alergicznych


Odporność nieswoista i swoista

Po rozpoznaniu antygenu organizm może się skutecznie bronić dzięki mechanizmom odporności nieswoistej oraz swoistej. Odporność nieswoista (wrodzona) jest obecna w chwili narodzin człowieka. Wiąże się ona z występowaniem naturalnych barier ochronnych, które ograniczają wnikanie czynników chorobotwórczych. Bariery te stanowią pierwszą linię obrony organizmu, choć nie łączą się z reakcją odpornościową. Należą do nich m.in.:
Te patogeny, które wnikneły do organizmu, pokonując naturalne bariery fizyczne i chemiczne, trafiają na drugą linię obrony, należącą do odporności nieswoistej. Stanowią ja komórki żerne (m.in. makrofagi, granulocyty obojętnochłonne i kwasochłonne) i komórki NK. Nieswwoista reakcja odpornościowa oparta na fagocytozie jest zawsze taka sama, niezależnie od czynnika chorobotówrczego zagrażającego organizmowi. Nie przsypiesza jej ani nie nasila nawet wielokrotny kontakt z tym samym patogenem.

Odporność swoista (nabyta) kształtuje się w trakcie życia osobicznego. Odpowiedź immunologiczna w tym typie odporności jest zawsze skierunkowana przeciwko konkretnym czynnikom chorobotwórczym, a jej uruchomienie wymaga pewnego czasu.
W mechanizmach odporności swoistej uczestniczą: Komórki i substancje biorące udział w reakcjach odpornościowych swoistych stanowią trzecią linię obrony organizmu.

Odpowiedź immunologiczna organizmu

Odpowiedź nieswoista prowadzi do uruchomienia mechanizmów odporności swoistej.
Wyróżnia isę dwa typy odpowiedzi:
Przebieg odporności immunologicznej
Komórki żerne pochłaniają antygeny, po czym prezentują je limfocytom Th. Każdy limfocyt Th ma bowiem na powierzchnu receptory, które pasują przestrzennie do konkretnegi antygenu. Połączenie antygenu z limfocytem Th powoduje aktywację tego limfocytu, w której rezultacie dzieli się on intensywnie. W ten spocób powstają klony komórki swoistej dla danegi antygenu. Proces wyboru i namnażania określonego ilmfocytu nazywa się selekcją klonową. Pobudzone limfocyty Th uwalniają cytokliny, które mobilizują inne komórki uczestniczące w reakcji odpornościowej, m.in. limfocyty B.
Prezentacja antygenów może dotyczyć również komórek, które zostały zakażone patogenem. Jednak przebiega ona w nieco inny sposób i w efekcie prowadzi do aktywacji innego do aktywacji innego rodzaju limfocytów: Tc. Limfocyty cytotoksyczne przyłączają się do takich komórek i uruchamiają proces ich niszczenia.
Limfocyty B rozpoznają antygen dzięki obecnym na powierzchni przeciwciałom o ściśle określonej swoistości. W wyniku pobudzenia (przez kontakt z antygenem lub cytoklinami wydzielanymi przez limfocyty Th) limfocyt B dzieli się i różnicuje do postaci komórek plazmatycznych. Komórki te wydzielają przeciwciała, które stanowią wolną, krążącą w organizmie formę. Przeciwciała wiążą się z antygenami, dzięki czemu przyspieszają likwidację patogenów przez inne elementy układu odpornościowego.

Reakcja zapalna

Reakcja zapalna jest odpowiedzią organizmu na infekcję lub uraz (mechaniczny albo chemiczny). Należy ona do mechanizmów odporności nieswoistej. Podczas reakcji zapalnej dochodzi do wzmożonego wytwarzania wielu białek przez komórki różnych tkanek i uwalniana przez granulocyty zasadochłonne oraz komórki tuczne substancji, m.in. histaminy i prostaglandyn. Reakcja zapalna objawia się zaczerwienieniem, bólem i obrzękiem w miejscu infrkcji lub urazu oraz podwyższoną temperaturą, która może dotyczyć także człego organizmu. W trakcie reakcji zapalnej dochodzi do rozszerzenia naczyń krwionośnych i zwiększenia ich przepuszczalności, wskutek czegi do zaatakowanej tkanki mogą przedostać się różne komórki układu odpornościowego. Umożliwia to niszczenie patogenów.

Rozpoznawanie elementów własnego organizmu

Odróżnianie przez układ immunologiczny komórek własnych od innych - obcych - jest związane z istnieniem autoantygenów (antygenów własnych organizmu), pełniących funkcję swoistych identyfikatorów. Nazywa się je głównym układem zgodności tkankowej (ang. Major Histocompatibility Complex - MHC). Porównując antygeny zgodności tkankowej komórek, układ odpornościowy rozpoznaje komórki pochodzące z innego organizmu i rozpoczyna przeciw nim reakcję obronną. Praktycznie każdy człowiek, z wyjątkiem bliźniąt jednojajowych, jest wyposażony w unikatowy zestaw antygenów zgodności tkankowej. W dodatku im bliższe pokrewieństwo między ludźmi, tym większe podobieństwo tych antygenów.
Badanie antygenów zgodności tkankowej ma praktyczne zastosowanie w transplantologii. Biorcę i dawcę przeszczepu dopasowuje się w taki sposób, by ich antygeny zgodności tkankowej były jak najbardziej podobne, a wieć by osiągnąc jak największą zgodność tkankową. Im większa zgodność tkankową, tym mniejsze jest ryzyko odrzucenia przeszczepu.