Podstawowe zasady
działania układu
immunologicznego
Odporność nieswoista
Podstawowe zasady
działania układu
immunologicznego
Odporność nieswoista
Podstawowe zasady działania układu immunologicznego.
Odporność nieswoista cz. I
Układ limfatyczny: pierwotne (centralne) i wtórne (obwodowe) narządy limfatyczne,
krążenie limfocytów. Komórki układu odpornościowego i ich podstawowe funkcje: stem cell,
limfocyty B, T, NK, makrofagi, granulocyty, komórki dendrytyczne, komórki tuczne, płytki
krwi. Mediatory rozpuszczalne: dopełniacz, przeciwciała, cytokiny (monokiny, limfokiny,
interleukiny, chemokiny...), interferony, mediatory zapalne.
Odporność nieswoista (wrodzona): drogi wnikania antygenu do ustroju, naturalne bariery
anatomiczno-czynnościowe skóry i błon śluzowych, rola flory fizjologicznej, nieswoiste
czynniki humoralne (dopełniacz, interferony, lizozym. laktoferyna. fibronektyna, białko C-
reaktywne, białka szoku termicznego..), komórkowe. Dopełniacz: aktywacja (droga
klasyczna i alternatywna), biologiczne efekty układu dopełniacza (zwiększenie
przepuszczalności naczyń, chemotaksja i aktywacja neutrofilów, adherencja i opsonizacja,
przetwarzanie kompleksów, liza krwinki lub uszkodzenie komórki - pory). Receptory dla
fragmentów dopełniacza na komórkach. Współdziałanie układu dopełniacza z układem
krzepnięcia i kinin.
Część praktyczna:
Film. The immune system.
Metody badania układu dopełniacza: oznaczanie składowych – C3, C4, inhibitora C1,
czynnika B, aktywności hemolitycznej.
Ocena chemotaksji – metoda agarozowa.
2. Odporność nieswoista cz. 2
Odporność: wrodzona, nabyta; czynna, bierna; nieswoista, swoista; naturalna, sztuczna;
komórkowa, humoralna. Odporność a odpowiedź immunologiczna.
Fagocytoza: migracja komórek fagocytujących, cząsteczki adhezyjne (integryny, selektyny),
czynniki chemotaktyczne (składowe dopełniacza, chemokiny), receptory na komórkach
fagocytujących, opsonizacja, pochłanianie, wewnątrzkomórkowe zabijanie drobnoustrojów –
mechanizmy zależne i niezależne od tlenu.
Cytotoksyczność naturalna – komórki NK (brak restrykcji MHC), mechanizm działania
(perforyny).
Bariera patologiczna – zapalenie.
Część praktyczna:
Film: Fagocytoza. Krwinki białe.
Metody oceny funkcji komórek fagocytujących – odsetek komórek fagocytujących, indeks
fagocytarny, odsetek komórek zabitych, test NBT.
Budowa układu limfatycznego
• narządy pierwotne (centralne):
* grasica
–
rozwój i dojrzewanie limfocytów T, selekcja
limfocytów pod względem tolerancji na autoantygeny
* szpik kostny
–
rozwój i dojrzewanie limfocytów B
• narządy wtórne (obwodowe)
:
zasiedlanie przez
dojrzałe T i B, kooperacja T i B z antygenem, współdziałanie z
fagocytami i komórkami pomocniczymi
* śledziona
–
rozpoznanie antygenów krwiopochodnych
* węzły chłonne
–
antygeny krążące w chłonce absorbowane
przez skórę, trzewia
* tkanki „śluzówkowe”-
MALT (GALT, BALT), kępki
Peyera.. – antygeny, które przekroczyły bariery powierzchniowe
Podstawowe komórki –
limfocyty:
pochodzą z
komórek macierzystych
narządów pierwotnych,
krążą we wtórnych,
specyficznie rozpoznają
antygeny poprzez
odpowiednie receptory
limfocyty nie posiadają
stałej lokalizacji – stale
krążą
krążenie limfocytów
między narządami
wtórnymi poprzez krew i
chłonkę umożliwia
kontakt antygenu z dużą
liczbą limfocytów
Komórki układu
immunologicznego
stem cell
progenitorowe
limfocyty
progenitorowe
mielocyty
Makrofagi
Monocyty
Neutrofile
PMN
Eozynofile
Bazofile
Mastocyty
K.dendrytyczne
-rozpoznanie antygenu
Fagocytoza
Prezentacj
a
antygenu
Fagocytoza
-
bakterie
Odporność
p/pasożyto
m
Ochrona
błon
śluzowych?
Ochrona
błon
śluzowych
Limfocyty
Odporność
nabyta
Fagocyty jednojądrzaste
należą do grupy
długożyjących komórek
żernych.
Pochodzą ze wspólnej
komórki
prekursorowej szpiku
krwi:
mieloidalnej
(dla
granulocytów,
makrofagów, płytek
krwi),
z linii monocytów krwi,
które
przechodzą przez
naczynia
krwionośne i stają się
makrofagami
tkankowymi.
Osiadłe komórki
fagocytujące
w różnych tkankach -
dawniej:
układ siateczkowo-
śródbłonkowy,
obecnie:
układ
makrofagowy
.
Druga linia wspólnych
komórek
prekursorowych
pochodzących
ze stem cell to:
limfoidalna
– daje
początek
limfocytom Tc Th B NK
Poszczególne komórki w wyniku pobudzenia przez antygen
wytwarzają różne rozpuszczalne mediatory, które wykrywamy w surowicy krwi
Każda komórka wydziela specyficzny zestaw cytokin lub mediatorów
Wszystkie komórki pochodzą od wspólnej komórki macierzystej pnia – stem cell,
Proliferacja i dojrzewanie komórek prekursorowych w szpiku zachodzi
pod wpływem różnych czynników wzrostowych: cytokiny, CSF..
Układ immunologiczny -
odpornościowy
• powstał jako ochrona przed patogenami
(antygenami)
• ma zdolność rozpoznawania antygenów
własnych (self) od obcych (non self)
• podstawowe cechy:
(podstawa stosowania szczepień
ochronnych)
*
swoistość rozpoznania antygenu
a następnie
*
wytworzenia swoistej odpowiedzi immunologicznej
:
komórkowa, humoralna (klucz-zamek)
*
pamięć immunologiczna
szybsza i bardziej efektywna odpowiedź po powtórnym
zetknięciu
się z antygenem
Układ immunologiczny -
odpornościowy
• niepożądane
(niekorzystne dla
organizmu)
konsekwencje
:
*
autoimmunizacja
– niewłaściwa/niepotrzebna
odpowiedź immunologiczna na własne antygeny,
spowodowana przez brak rozróżniania self od non self
*
nadwrażliwość
(alergia) – nadmierna odpowiedź
immunologiczna na nieszkodliwe antygeny (tzw.
alergeny), np. pokarmowe, pyłki...
*
niedobory immunologiczne
– niedostateczna
odpowiedź immunologiczna na zakażenie
*
układ odpornościowy działa prawidłowo ale
odpowiedź jest niepożądana w świetle współczesnej
medycyny – przetoczenie krwi, odrzucenie przeszczepu
Odporność –
pojęcie ogólne
zdolność do reakcji (celem eliminacji) na obce
czynniki (antygeny)
* komórkowa
- związana z odpowiednimi komórkami układu
immunologicznego
(komórki immunokompetentne)
* humoralna
– związana z
czynnikami rozpuszczalnymi
, możemy je
wykryć w
surowicy krwi
‘
nieswoista
– skierowana przeciwko różnym antygenom –
kilka
godzin
‘ swoista
– skierowana przeciwko konkretnemu antygenowi
(determinanta
antygenowa – epitop)
jest to
odpowiedź immunologiczna !!!
kilka dni,tygodni
-
Odporność
- czynna
– wytworzona przez daną osobę, np. po
przechorowaniu, szczepieniu
- bierna
– organizm otrzymuje gotowe przeciwciała lub
komórki, np. płód od matki otrzymuje swoiste IgG
. wrodzona
–
układ odpornościowy
u noworodka jest
niedojrzały
( przeciwciała matki)
. nabyta
–
pełna kompetencja 7-10 rok, maksymalna ok. 18
roku
(odpowiedź immunologiczna - swoistość,
pamięć)
na co dzień mechanizmy nieswoiste i swoiste
ściśle kooperują ze sobą w reakcjach (walce)
z antygenami drobnoustrojów, przeszczepu, nowotworu...
Odporność nieswoista
– bardzo ważna,
szybka
• zewnętrzna obrona organizmu
–
mechaniczna bariera
skóry, niskie pH skóry, pochwy, żołądka, flora fizjologiczna, ruch
rzęsek, „spłukiwanie” (łzy, ślina, mocz, wydzielina z nosa), lizozym,
kwas solny, spermina...
kaszel, kichanie, katar... – reakcje obronne !!!
• w tkankach i płynach ustrojowych
*
humoralna
:
-
układ dopełniacza (komplement, określamy: C - complement)
- lizozym, białko C-reaktywne i inne białka ostrej fazy, transferyna,
laktoferryna...
- interferony INF : - leukocytarny, - fibrocytarny, wytwarzane w
odpowiedzi na zakażenie wirusowe
*
komórkowa
:
- komórki fagocytujące: granulocyty obojętnochłonne, makrofagi !!!
w małym stopniu komórki naskórka, śródbłonka naczyń,
enterocyty
- komórki NK – naturalnie cytotoksyczne: atakują komórki
nowotworowe, przeszczepu, zakażone wirusem
Większość drobnoustrojów wnikających jest zatrzymywana przez
bariery fizyczne, chemiczne i fizjologicznie występujące
drobnoustroje!!!
* są produkowane we wczesnym okresie zakażenia wirusowego
* nie wykazują bezpośredniego działania przeciwwirusowego,
indukują
jedynie
w komórce stan przeciwwirusowy, tj. hamują tempo zakażenia
wirusem
IFN - leukocytarny, IFN - fibroblastyczny
-
interferony nieswoiste
IFN- tzw. immunologiczny
, powstaje w wyniku pobudzenia przez antygen
limfocytów T – dodatkowo aktywuje NK, K, makrofagi, ekspresję cytokin,
antygeny MHC I...
Rekombinowany IFN - jest stosowany
w leczeniu białaczek, HBV,
HCV,
AIDS,
HPV
Dopełniacz – komplement - C
• Układ ok. 30 białek,
C1 – C9, syntetyzowanych gł. przez
komórki wątroby, makrofagi..,
aktywowanych
w określonej
kolejności
drogą klasyczną, alternatywną, lektynową (tzw.
reakcja kaskadowa)
• Działanie biologiczne:
*przeciwzakaźne – odczyn zapalny
-
rozszerzenie naczyń i zwiększenie przepuszczalności
C2a (kinina)
-
anafilatoksyna
- uwolnienie mediatorów z komórek tucznych i bazofilów
C5a C4a C3a
- chemotaksja
– przyciąganie granulocytów i makrofagów w kierunku bodźca
C3a C5a
-
chemokineza
– zwiększenie ruchliwości fagocytów C5c
-
adherencja immunologiczna (opsonizacja)
– ułatwienie fagocytozy C3b iC3b
C4b
-
uszkodzenie błony
– C5b-9
*współpraca z odpowiedzią swoistą
- wzmaga odp. humoralną i pamięć immunologiczną
*usuwanie zbędnych produktów
- usuwanie kompleksów immunologicznych i komórek apoptotycznych
*
Aktywacja
drogą klasyczną
(nabyta) zachodzi głównie przez kompleks antygen-
przeciwciało (IgM, IgG1, IgG2, IgG3) i
C1
* Aktywacja
drogą alternatywną
(wrodzona) – przez
C3
+ bakterie, kompleksy IgG,
IgA, IgE, jest regulowana przez białka B,D,H,I,P
* Aktywacja
drogą lektynową
– przez białka lektynowe wiążące mannozę ) i
C1
,
bez przeciwciał
Droga klasyczna prowadzi do wytworzenia konwertazy C3 (C4b2a), która trawi C3
do C3a i C3b, potem konwertazy C5 (C4b2a3b), z której powstaje C5b6789
-kompleks atakujący błonę:
MAC – membrane
attack complex
Komponenty C2a C4a C3a C5a
uwalniane są
do środowiska
C1q składa się z 6 identycznych podjednostek, łączenie się C1q z jedną
cząsteczką IgG jest słabe, silniejsze z kilkoma IgG, szczególnie jeżeli
przeciwciała wiążą blisko siebie położone epitopy. Aktywacja drogą
klasyczną nie jest hamowana przez C1q inhibitor.
C1q czasami może być aktywowany bez udziału przeciwciał, ale słabo –
spontaniczna
aktywacja jest kontrolowana przez C1q inhibitor
MAC tworzy kanały w błonie celem zniszczenia antygenu, przez kanały
wypływają jony np.potasowe, ATP..., wpływają inne jony, woda, lizozym...
Powstaje:
*
całkowita hemoliza krwinek
– mają błonę komórkową
*„dziury” w ścianie komórkowej
-
u bakterii Gram(-), mykoplazm
Gram(+) są bardziej oporne na działanie MAC
dalsza eliminacja bakterii odbywa się poprzez fagocytozę!!!
Schemat kanału wytworzonego w błonie
przez MAC
Dopełniacz – komplement - C
• Receptory dla dopełniacza
–
dla różnych
składników na licznych komórkach: neutrofile,
makrofagi, eozynofile, erytrocyty, limfocyty B – komórki
te mogą wiązać składowe dopełniacza
• Niektóre białka C (nieaktywne) można oznaczać w
surowicy: C3, C4, C1 inhibitor, czynnik B, P; można
badać aktywność dopełniacza - metoda 50% hemolizy
Układ dopełniacza współdziała z układem
krzepnięcia
i fibrynolizy oraz układem kininowym
w uruchomieniu i kontroli procesu zapalnego
łącznikiem miedzy układami jest czynnik
Hagemana
Białka dopełniacza wiążą się
z receptorami na komórkach!!!:
CR1- ułatwia:
- przyleganie i
endocytozę przez fagocyty
opsonizowanych C3b, C4b
bakterii,
-wiązanie się opsonizowanych
kompleksów
na krwinkach lub płytkach
ich transport do osiadłych
makrofagów i fagocytozę
CR2 – bierze udział
w aktywacji limfocytów B,
jest receptorem dla EBV - umożliwia
zakażenie limfocytów B
CR3 i CR4 – należą do grupy
integryn
, spełniają funkcje
dodatkowej cząsteczki
adhezyjnej, pośredniczą
w fagocytozie cząsteczek
opsonizowanych iC3b, mogą wiązać
bezpośrednio węglowodany drożdży,
niektórych bakterii
najważniejs
ze
Dopełniacz jest głównym efektorowym mechanizmem
zapalenia
Zapalenie
–
reakcja,
która prowadzi do
nagromadzenia leukocytów
i cząsteczek rozpuszczalnych
w miejscu zakażenia
lub uszkodzenia tkanek
Aktywacja dopełniacza
zapoczątkowuje
rozszerzenie naczyń
i
migrację komórek
Pomagają w
migracji:
• cząsteczki adhezyjne
• czynniki chemotaktyczne
• mediatory zapalenia
• Migracja leukocytów
–
proces złożony,
zależny od rodzaju komórek, stanu ich aktywacji i
charakteru ich interakcji ze śródbłonkiem naczyń,
komórki śródbłonka wykazują ekspresję cząsteczek
adhezyjnych, rozpoznawanych przez receptory
aktywowanych komórek żernych lub limfocytów
*
komórki żerne
: neutrofile migrują jednokierunkowo do
ogniska zakażenia, fagocytują i rozpadają się;
monocyty
mogą różnicować się do makrofagów i powracać do
obwodowych tkanek limfatycznych by pełnić rolę APC
* limfocyty dziewicze wędrują ze szpiku i grasicy do
obwodowych tkanek limfatycznych poprzez ściany żyłek z
wysokim śródbłonkiem,
po pobudzeniu antygenem
wędrują dalej do ogniska zapalnego,
T i B pamięci
zasiedlają tkanki limfatyczne
* komórki dendrytyczne w skórze po związaniu z
antygenem migrują do okolicznych węzłów chłonnych i
dokonują prezentacji antygenu limfocytom T CD4
• Cząsteczki adhezyjne
adhezyny
(CAM) należące do rodziny supergenu
immunoglobulin,
selektyny
i ich ligandy węglowodanowe,
integryny
.
Ekspresja cząsteczek adhezyjnych zależy od rodzaju
komórki,
indukują ją cytokiny
• Cząsteczki chemotaktyczne –
nadają
kierunek migracji fagocytom po przejściu przez
śródbłonek
• Mediatory zapalenia -
uwalniane z komórek
tucznych, płytek, leukocytów w czasie reakcji,
współdziałają z osoczowymi układami enzymatycznymi,
kontrolują przepuszczalność naczyń i przepływ krwi
Migracja zależy od ładunku powierzchniowego wzajemnie oddziaływujących
komórek,
siły hemodynamicznej, ekspresji komplementarnych cząsteczek adhezyjnych
na leukocytach
i śródbłonku.
Migrację regulują zarówno leukocyty jak i
śródbłonek.
Ekspresja cząsteczek zależy od typu komórki, czy uległa ona aktywacji przez
antygen, cytokiny..
Cząsteczki adhezyjne na śródbłonku zależą od miejsca anatomicznego,
aktywacji przez cytokiny
Czynniki chemotaktyczne i cytokiny też działają wybiórczo, na odpowiednie
receptory na komórce
Na komórkach śródbłonka znajdują się cząsteczki adhezyjne
, np:
ICAM-1, ICAM-2 – wiążą się z integryną LFA-1 obecną na
większości leukocytów
ICAM-1 – wiąże się także z CR3(receptor dla C3 dopełniacza) na
makrofagach i neutrofilach
VCAM-1 – z VLA-4 na limfocytach i niektórych kom. żernych
W ognisku zapalenia kom. śródbłonka mogą syntetyzować nowe
cząsteczki adhezji
Integryny – pośredniczą w adhezji leukocytów do śródbłonka ale i
do macierzy komórkowej:
VLA-2 – wiąże kolagen, VlA-3 -
laminina, kolagen, fibronektyna,
VLA-4 VLA-5 – fibronektyna, VLA-6 - laminina
Selektyny – grupa cząsteczek adhezyjnych wiążących węglowodany na
leukocytach
i śródbłonkach.
E i P ulegają ekspresji na trombocytach i śródbłonku,
L na niektórych leukocytach.
Z selektyną L wiąże się receptor Sgp-200 na HEV (żyłka o wysokim
śródbłonku)
i kieruje limfocyt do obwodowych węzłów chłonnych
Proces migracji granulocyta
jest wielostopniowy:
*uwolnienie mediatorów
stanu
zapalnego
– pw. C5a, dyfuzja
do
pobliskich żyłek
*przyleganie do śródbłonka
przepływających fagocytów
*związanie ze śródbłonkiem
(selektyna E + CD15)
*pobudzenie – dodatkowa
aktywacja przez cz.
chemotaktyczne
*umocowanie – dodatkowa
aktywacja
integryn i CAM
(CR3 i LFA-1 + ICAM-1)
*dalsza migracja
*uwolnienie enzymów
trawiących
kolagen i inne składniki
*wnikanie do tkanek,
migracja
w kierunku wzrastającego
stężenia
czynników chemotaktycznych
Fagocytoza
Bakterie są zabijane lub degradowane przez komórki żerne
–
w wyniku napływu fagocytów, gł.granulocytów obojętnochłonnych do
ogniska zapalnego w efekcie powstaje
o d c z y n r o p n y !!!
• Etapy fagocytozy:
* chemotaksja
–
ukierunkowany ruch fagocytów w gradiencie stężeń
czynniki chemotaktyczne: C5a C3a, Il-1, TNF, TGF-β, Il-8, PAF, LTB4
* opsonizacja
–
opłaszczenie bakterii pw. przez przeciwciała,
komplement i wiązanie z odpowiednimi receptorami na fagocytach
FcR CR1
* pochłanianie
–
tworzenie fagosomu, potem fagolizosomu
* zabijanie
– różne mechanizmy:
1. zależne od tlenu
* niezależne od peroksydazy – powstają toksyczne rodniki: OH 0
2
H
2
O
2,
* zależne od peroksydazy
- powstają toksyczne podchloryny: kwas
podchlorawy, chloramina
2. tlenek azotu (NO)
- bakterie, kom. nowotworowe
3. niezależne od tlenu
- białka lizosomalne: defensyny (białka
kationowe), katepsyny, lizozym, elestaza, proteazy, laktoferryna...
Związanie bakterii z komórką żerną jest niezwykle ważnym etapem, od
którego zależy
wchłonięcie i uruchomienie mechanizmów zabijania.
Szereg molekuł ułatwia wiązanie bakterii z błoną komórkową
:
lektyny
bakteryjne
(wiążące
mannozę),
lektyny komórek żernych
– wiążą -glukany, LPS,
opsoniny:
składowe dopełniacza
i swoiste IgG
Po sfagocytowaniu uruchamiany jest proces zabijania
Fagocyty mają zdolność
bezpośredniego wiązania
bakterii –ale słabą
Najsilniejsze wiązanie
występuje przy jednoczesnej
opsonizacji przez swoiste
przeciwciało ( przez receptor Fc)
i dopełniacz (receptor C3b)
Wtedy błona fagocyta ulega
aktywacji
Tworzą się bakteriobójcze
metabolity tlenu – wybuch tlenowy,
bakterie są wchłaniane do
fagosomów,
fagosomy łączą się z lizosomami –
fagolizosom, trawienie.
Niestrawione produkty mogą
być uwalniane na zewnątrz
Inwazja czynnika
zakaźnego
lub uraz fizyczny
wywołują
reakcje zapalną.
Do miejsca zapalenia
przenikają
cząsteczki surowicy oraz
komórki przechodzące
przez
ściany naczyń włosowatych
Zapalenie podlega
regulacji
poprzez liczne mediatory:
składowe C, histamina,
serotonina,
bradykinina,produkty
rozpadu
fibryny, prostaglandyny
(PGE
2
), leukotrieny (LTB
4
LTD
4
),
cytokiny (Il-1, Il-6, Il-4,
TNF)
Antygen aktywuje
limfocyty B
- produkują swoiste
przeciwciała
aktywujące dopełniacz na
drodze
klasycznej
oraz IgE –
pobudzające
komórki tuczne do
uwolnienia ziarnistości
(histamina).
