Первая реакция организма на чужеродное вторжение выплескивается волной химических веществ, направленной в зону бедствия. Это срабатывает система врожденного, или первичного, иммунитета (лат. immunitas — свободный от чего-либо). Она запрограммирована на распознавание общих черт вирусов или бактерий, практически всем незваным чужакам дает один и тот же отпор и не приспособлена различать друг от друга. С точки зрения эволюции такая защита хоть и действенна, но довольно примитивна. По тем же принципам возникает иммунный ответ на чужеродных возбудителей у растений, грибов, насекомых и других беспозвоночных.
Разведчики сообщают о прорыве и вызывают войска
Воспаление — защитная реакция организма на вторжение вирусов и бактерий, ожоги, ушибы, занозы или контакт с токсичными или едкими веществами. Его цель — активация и привлечение других составляющих иммунной системы к пострадавшему участку организма.
Воспаление не следует путать с инфекцией, вызываемой микроорганизмами. Оно инициируется клетками организма и управляется множеством химических веществ, которые либо выделяются иммунными клетками, либо образуются в результате химических реакций в крови и других биологических жидкостях.
Воспалительный процесс обычно продолжается несколько дней и характеризуется покраснением, повышением температуры, болезненным опуханием пораженного участка. Эти симптомы связаны с повышенным притоком крови и других жидкостей организма и выделением химических веществ, которые активизируют болевые нервы в тканях. При правильном протекании воспалительного процесса образуется желтоватый гной, состоящий из разрушенных микроорганизмов, изношенных иммунных клеток и отмерших тканей. Когда пораженный участок расчищен, начинается путь к выздоровлению.
СБОЙ В ЗАЩИТЕ!
В любой момент защитные функции организма могут обернуться против него самого. Ряд заболеваний вызывается воспалительными реакциями, которые, вместо того чтобы защищать организм, вредят ему. Это касается случаев астмы, атеросклероза и сенной лихорадки. Если обычное воспаление перейдет в хроническое, соседние клетки из-за постоянного стресса могут начать вырабатывать множество активных химических веществ. Это может привести к нарушениям обменных процессов и к развитию опухолей.
Саперы ведут подрывную работу
Систему комплемента составляют более 25 видов белков, которые, взаимодействуя друг с другом, внедряются во враждебные микроорганизмы с целью их уничтожения. Например, при обнаружении бактерии активируется протеин СЗ, который активирует другой белок, тот — еще один, и так далее по цепочке. В каскаде химических реакций белки объединяют усилия, чтобы проложить под стенки бактериальных клеток канал, по которому хлынет жидкость и подорвет последнюю.
Система комплемента — мощное оружие и может представлять угрозу и собственным клеткам организма, которые иногда, покрытые молекулами Сахаров, могут ошибочно распознаваться системой как микроорганизмы. Поэтому в крови содержится множество белков-контролеров, сдерживающих систему комплемента. Например, многие клетки в организме покрыты белком CD59, который препятствует образованию смертельного канала.
СБОЙ В ЗАЩИТЕ!
Выход системы комплемента из-под контроля может спровоцировать различные заболевания. Например, при мутации гена одного из белков-контролеров система нападает на клетки самого организма. Это может привести к макулярной дегенерации, которая вызывает слепоту или отторжение пересаженных органов.
Макрофаги (амебоподобные клетки) уничтожают микроорганизмы и отмершие клетки, растворяя их ферментами и активными кислородными соединениями. Они не только борются с врагами, но и наводят порядок в организме, когда старые клетки отслужили свое и должны уступить место новым. Обнаружив неприятеля, они привлекают другие иммунные клетки, выделяя особые химические вещества.
Пожирают врагов и мертвые клетки.
За несколько месяцев каждая клетка уничтожает до 100 бактерий.
Проникают сквозь стенки кровеносных сосудов и плавают между клетками.
При дефиците макрофагов мышцы не способны к самовосстановлению в случаях травмирования и износа. К такому заключению пришли ученые после проведенного в 2006 году эксперимента, когда при отсутствии макрофагов мышечная ткань грызуна, совершавшего пробежки в колесе, не регенерировалась, хотя обычно на это требуется только четыре дня.
Базофильные гранулоциты помогают инициировать воспалительный процесс, особенно при поражении организма ленточными глистами и клещами. Поверхность гранулоцитов реагирует на lgE-антитела, распознающие аллергены, и на некоторые чужеродные частицы, например пыльцу. Играют ключевую роль в управлении аллергическими реакциями.
Присутствуют практически только в крови.
Атакуют ленточных червей и клещей.
При аллергической реакции присутствуют в нагноениях слизистой оболочки.
При хронической крапивнице кожа постоянно чешется из-за непрерывного выделения гистамина базофильными гранулоцитами. Антитела, образованные здесь по ошибке, заставляют гранулоциты действовать, как если бы они распознали аллергенные вещества.
Дендриты координируют действия примитивной врожденной и продвинутой адаптивной иммунной системы. Различают чужаков по особым признакам, расщепляют вражеские белки на фрагменты, которые прикрепляются к внешней оболочке дендритов, превращаясь в Т- и В-клетки.
Патрулирование поверхностных границ организма.
Практически отсутствуют в крови.
Расчленяют врага на мелкие фрагменты, которые затем превращаются в опознавательные знаки для других «солдат».
Дендритом принадлежит важная роль в борьбе с ВИЧ, но ВИЧ и сам может инфицировать дендриты. Здесь в течение нескольких месяцев вирус находится в спячке, защищенный от антивирусных препаратов. Таким образом, дендриты превращаются в скрытые хранилища ВИЧ, которые позже проявятся, чтобы инфицировать свою истинную жертву — Т-клетки.
Эозинофильные гранулоциты используют химическое оружие, разрушающее белки, ДНК, РНК и липиды. Ядовитый коктейль эффективен в борьбе с нематодами рода трихинелла, ленточными и круглыми червями. Некоторые из веществ этих клеток участвуют в строительстве организма, например, в образовании тканей молочной железы.
Эксперты в области химического оружия.
Для поражения врага используют клеточные яды, кислородные соединения и ферменты.
Особую эффективность проявляют в борьбе с паразитами.
Белок MВР — грозное оружие эозинофилов, но он порой может вредить организму. По данным исследования 2009 года, высокий уровень МВР во время беременности увеличивает риск преэклампсии и формирования слишком малого плода.
Нейтрофильные гранулоциты для захвата врага используют сеть. В 2004 году Артуро Циклински из школы медицины при Университете Нью-Йорка в США продемонстрировал первые снимки, выполненные с помощью электронного микроскопа, на которых отчетливо видны бактерии, застрявшие в паутине нейтрофильных гранулоцитов. Таким образом предотвращается распространение микроорганизмов за пределы раны.
Живут не более двух дней. Играют важную роль в иммунной системе, на них приходится более половины белых клеток крови.
Заманивают врага в сеть, а затем пожирают.
Мутации способны увеличить мощность гранулоцитов настолько, что могут нанести клеткам организма непоправимый ущерб. Химиотерапия или лейкемия вызывают дефицит нейтрофильных гранулоцитов, делая пациента чрезвычайно уязвимым к инфекциям.
Тучные клетки одними из первых обнаруживают повреждения тканей. Они распознают токсичные и едкие вещества и молекулы, выделяемые поврежденными клетками, и начинают выделять в большом количестве гистамин, простагландин, цитокин и другие химические вещества, участвующие в воспалительной реакции.
Скрываются в соединительных тканях, слизистых оболочках, возле нервов и кровеносных сосудов.
Быстро выявляют повреждения тканей.
Способствуют запуску воспалительного процесса.
5% населения страдают гипераллергией на укусы ос, вызванной дефицитом тучных клеток. После укуса клетки выделяют большое количество гистамина, что приводит к резкому снижению артериального давления.
Естественные клетки-киллеры оправдывают свое название, поскольку буквально запрограммированы на уничтожение любых чужеродных организму клеток. Собственные клетки распознаются по индивидуальным для каждого организма типовым молекулам поверхностных тканей. Когда возникает сбой, клетки-киллеры мгновенно нападают, используя ферменты, расщепляющие ДНК врага.
Разъедают оболочку врага.
Заполняют вражескую клетку ферментами, которые расщепляют его ДНК.
Распознают инфицированные клетки.
Стрессы и депрессии ослабляют иммунную систему, и тогда страдают естественные клетки-киллеры. Их образуется меньше, активность падает, и оружие, поражающее клетки врага, становится менее эффективным.
Моноциты не имеют определенной функции, но они приходят на помощь в чрезвычайной ситуации, быстро оказываясь в районе инфицированных или поврежденных участков, после чего превращаются в макрофаги или дендриты. Половина моноцитов находится в состоянии боевой готовности в селезенке, другая половина циркулирует по организму с кровью.
Резервный бастион.
Способны превращаться в другие виды белых кровяных телец.
Приходят на помощь в рекордно короткие сроки.
Стресс, лейкемия и некоторые лекарства могут вызвать особую форму малокровия, связанного с дефицитом моноцитов. Пациент становится уязвимым к инфекциям. Избыток моноцитов свидетельствует о хронической инфекции.
Особые войска вступают в бой
Наконец иммунная система переходит к атаке. Нескончаемая вереница специально обученных «солдат» вступает в бой, каждый со своим уникальным оружием. Войска представлены белыми клетками крови, которые, в отличие от остальных клеток нашего тела, не являются частью тканей или органов, а существуют как независимые организмы. Они образуются из стволовых клеток костного мозга и, мигрируя по всему организму, приобретают собственные функции иммунной защиты.
Последний рубеж обороны
Самыми умными бойцами иммунной системы являются Т- и В-клетки: они вырабатывают антитела и приспосабливаются к каждой отдельной угрозе. Например, атаки вирусов и бактерий могут существенно различаться, и поэтому эти клетки получили название адаптивной иммунной системы. Эти опытные воины помнят врага годами, делая нас неуязвимыми к инфекции, и в будущем источник заразы будет обнаружен и уничтожен через несколько мгновений после вторжения в организм. Но такая продвинутая иммунная система встречается только у высших животных, и метод вакцинации основывается на уникальной способности адаптивной иммунной системы запоминать болезнетворные микроорганизмы.
Инженеры
Антитела — белковые молекулы, которые используются адаптивной иммунной системой для распознавания чужеродных тел. Они имеют форму буквы Y, внешние концы каждой ветви Y называются гиперпеременными зонами и представляют собой своего рода ключи в бесчисленных вариантах, подходящие каждый к своему замку. В роли замка может выступать определенная часть поверхности бактерии, вируса, пыльцевого зернышка или другого чужеродного тела.
Когда гиперпеременная зона антитела распознает бактерию, она вступает с ней в контакт. Каждое антитело взаимодействует с двумя бактериями, так что несколько антител могут за счет перекрестных связей атаковать и обезвредить вражеские скопления. Они могут обездвижить бактерию, лишив ее возможности инфицировать клетки организма. Наконец, они могут заклеймить бактерию, предоставляя возможность другим подразделениям иммунной системы нейтрализовать врага.
Уникальная способность антител распознавать чужеродные тела используется для получения редких веществ из клеточного материала, для связи с флуоресцентными белками с целью выявления сальмонеллы в пищевых продуктах, а также в тестах на беременность и т.д.
СБОЙ В ЗАЩИТЕ!
Кровь матери и ребенка не всегда совпадает по резус-фактору, и в случае смешения их крови при осложненной беременности в организме матери могут вырабатываться антитела, воспринимающие кровь плода как чужеродную. Через плаценту они проникают в плод, где уничтожают красные кровяные тельца, в результате у плода может развиться тяжелая форма малокровия. Антитела сохраняются в крови матери, поэтому при последующих беременностях врачи должны уделить особое внимание типу крови плода.
Аллергические реакции -результат переизбытка антител. Приктест помогает выявить аллергию.
ПРОГРАММИСТЫ
B-клетки -чудаки, ведущие своего рода кибер-— войну, постоянно программируя новое оружие. Их главная задача заключается в преобразовании антител путем частичного перепрограммирования собственной ДНК в миллионы различных комбинаций. Каждая комбинация отвечает за распознавание антителами того или иного инородного объекта. В-клетки постоянно экспериментируют, обеспечивая организм огромным арсеналом боевого оружия. После уничтожения инфекции часть В-клеток превращается в В-клетки памяти, которые готовы вступить в бой, если микроорганизм когда-нибудь попробует вернуться. Это делает нас неуязвимыми к определенным заболеваниям,после того как мы уже ими переболели.
СБОЙ В ЗАЩИТЕ!
Аутоиммунные заболевания (диабет первого типа, рассеянный склероз и артрит) развиваются в результате выработки В-клетками антител против собственных клеток. Обычно Т-клетки контролируют В-клетки, тоже иногда выходят из-под контроля.
Т-клетки — особые белые кровяные тельца, являющиеся «управляющей» частью адаптивной иммунной системы. Т-клетки-помощники содействуют другим белым кровяным тельцам, активируя их или выделяя химические вещества, которые стимулируют иммунную реакцию. Т-клетки-убийцы могут распознавать инфицированные клетки и уничтожать их с целью предотвращения распространения инфекции. Т-клетки памяти долгое время сохраняются в организме после перенесенной инфекции и способны быстро распознать вредные микроорганизмы в случае повторной атаки. Регуляторные Т-клетки сдерживают активность «разгоряченных» после боя Т-клеток и отвечают за усмирение бунтарей, восставших против собственных здоровых клеток.
СБОЙ В ЗАЩИТЕ!
У больных СПИДом вирус приспособился инфицировать и убивать Т-клетки. В итоге ВИЧ продолжает распространяться, а иммунная система капитулирует даже перед обычными вирусами, что чревато различными заболеваниями, в том числе и онкологическими.