Dr hab. n. med. Danuta Mielżyńska-Švach Budowa i funkcje układu odpornościowego

Układ odpornościowy Układ odpornościowy (immunologiczny) spełnia funkcje obronne, nadzorcze i homeostatyczne. Powstał jako ochrona przed patogenami (antygenami). Układ odpornościowy, tak jak układ nerwowy ma zdolność:  uczenia się,  zapamiętywania,  samoregulacji,  reagowania na bardzo różne bodźce,  zdolność do oceny tych bodźców z punktu widzenia organizmu.

Podstawowe funkcje układu odpornościowego to:  organizacja obrony przed zakażeniem,  eliminacja komórek rozpoznawanych jako obce,  zapewnienie integralności organizmu przez eliminację zmienionych własnych komórek, które mogłyby zapoczątkować rozrost nowotworu lub zjawiska autoimmunizacyjne. Układ odpornościowy

Odporność Odporność – mechanizmy obronne chroniące organizm przed działaniem niekorzystnych czynników zewnętrznych takich jak brak wody, brak pokarmu, obecność toksyn, pasożytów, mikroorganizmów chorobotwórczych. Szczególnym przypadkiem odporności jest odporność immunologiczna, czyli zestaw wszystkich mechanizmów biorących udział w wytworzeniu odpowiedzi odpornościowej. W znaczeniu bardziej ogólnym oznacza zdolność do biernej i/ lub czynnej ochrony organizmu przed patogenami. Zależnie od przyjętych kryteriów można wyróżnić:  odporność nieswoistą,  odporność swoistą.

Odporność nieswoista Cechy charakterystyczne:  stanowi pierwszą i drugą linię obrony organizmu,  mniej precyzyjna,  bardzo szybka,  nie wymaga wstępnej aktywacji,  receptory rozpoznające antygen są niezmienne,  są dziedziczone z pokolenia na pokolenie,  celem ataku nie są własne struktury organizmu,  nie pozostawia trwałej pamięci immunologicznej,  rozwija się niezależnie od odporności swoistej.

Odporność nieswoista Elementy odporności nieswoistej zapobiegające wtargnięciu patogenów do organizmu – pierwsza linia obrony:  bariery anatomiczne, chroniące w sposób mechaniczny: skóra, błony śluzowe układu pokarmowego, oddechowego i moczowo-płciowego,  bariery czynnościowe (fizjologiczne), powodujące czynności, mające na celu ochronę pewnych części ciała,  bariery chemiczne czyli różne związki niszczące drobnoustroje w sposób nieswoisty,  bariery mikrobiologiczne,  bariery immunologiczne: przeciwciała obecne w wydzielinie śluzowo-surowiczej nabłonka).

Bariery czynnościowe Mechaniczne usuwanie mikroorganizmów:  ruchy perystaltyczne i złuszczanie komórek nabłonkowych (perystaltyka jelit, aparat rzęskowy dróg oddechowych, wydzielanie śluzu przez nabłonek),  gwałtowne reakcje oczyszczające drogi oddechowe i pokarmowe, m.in. odkrztuszanie, kaszel, kichanie, wymioty, biegunka,  podwyższona temperatura ciała i przyspieszony metabolizm.

Bariery chemiczne Substancje niszczące drobnoustroje:  niskie pH na powierzchni skóry (kwas mlekowy, kwasy tłuszczowe wydzielane przez gruczołu łojowe),  niskie pH w żołądku (kwas solny),  niskie pH wydzieliny pochwy (kwas mlekowy wydzielany przez bakterie Lactobacillus),  substancje bakteriobójcze i bakteriostatyczne w wydzielinach śluzowo-surowiczych (lizozym w łzach, ślinie i śluzie, interferon we krwi, laktoferyna w mleku podczas laktacji, ślinie, łzach, siarze).

Bariery mikrobiologiczne Fora fizjologiczna człowieka:  mikroorganizmy występujące naturalnie w organizmie człowieka bez wywoływania objawów chorobowych,  w organizmie człowieka występuje około bakterii (w większości beztlenowych),  skład prawidłowej flory mogą stanowić niektóre grzyby. U osób z osłabioną odpornością flora fizjologiczna może powodować zakażenia, które nazywane są oportunistycznymi.

Odporność nieswoista Elementy działające po przerwaniu ciągłości zewnętrznych barier ochronnych czyli druga linia obrony:  fagocytoza,  naturalni zabójcy (NK),  aktywacja dopełniacza.

Odporność nieswoista Fagocyty (komórki żerne) - komórki zdolne do fagocytozy i zabijania bakterii. Poruszają się w miejsca zaatakowane przez mikroorganizmy ruchem ameboidalnym. Rodzaje fagocytów:  neutrofile,  makrofagi. bakteria fagosom lizosom fagolizosom

Odporność nieswoista Neutrofile (granulocyty obojętnochłonne):  krążą w krwiobiegu,  mają zdolność gromadzenia się w miejscu uszkodzenia tkanek,  w tkankach żyją 1-2 dni, następnie ulegają apoptozie,  w ciągu kilku minut jedna komórka może „pożreć” kilkanaście bakterii.. ziarna pierwotne ziarna wtórne

Odporność nieswoista Receptory, które odgrywają zasadniczą rolę w procesie fagocytozy neutrofilów można podzielić na dwa rodzaje:  receptory biorące udział w fagocytozie nieimmunologicznej – receptory wiążą bezpośrednio patogen lub jego fragment,  receptory biorące udział w fagocytozie immunologicznej – wiązanie patogenu zachodzi pośrednio: najpierw dopełniacz lub przeciwciała wiążą się z patogenem, a potem z kolei one same są wiązane przez neutrofile.

Odporność nieswoista Makrofagi to jednojądrzaste komórki żerne:  bezpośrednio wywodzą się z monocytów, które opuściły krew,  zasiedlają wszystkie tkanki i narządy,  w tkankach żyją około 2- 3 miesięcy,  mogą zabijać mikroorganizmy lub zakażone komórki,  są odpowiedzialne za usuwanie martwych komórek. fagolizosom fagosom ziarnistości zawierające substancje zabijające drobnoustroje

Odporność nieswoista Rodzaje makrofagów:  osiadłe: występują w ścianach naczyń krwionośnych i zatok żylnych śledziony, węzłów chłonnych i szpiku kostnego,  wędrujące: wydostają się z naczyń krwionośnych i fagocytują w tkankach,  wydzielają cytokiny zwane monokininami.

Odporność nieswoista Komórki NK (natural killer cells) to limfocyty null, które powstają w szpiku kostnym:  stanowią około 10% wszystkich limfocytów, są duże i zawierają lizosomy,  nie posiadają na swojej powierzchni cząsteczek swoiście wiążących antygen,  odpowiadają za tzw. naturalną cytotoksyczność,  zabijają komórki nowotworowe oraz komórki zakażone wirusem.

Odporność nieswoista Układ dopełniacza:  grupa ok. 30 białek obecnych w osoczu i płynach tkankowych,  pełnią ważną rolę we wrodzonych mechanizmach nieswoistej odpowiedzi immunologicznej,  wykazuje aktywność bakteriolityczną i cytolityczną (pierwotniaki, komórki zakażone wirusem),  aktywuje komórki żerne (zwiększa ich właściwości fagocytarne).

Odporność swoista Cechy charakterystyczne:  rozwija się powoli,  wymaga kontaktu z antygenem,  receptory rozpoznające antygen wykształcają się na nowo w każdej pierwotnej reakcji immunologicznej,  nie są dziedziczone,  może dojść do autoagresji,  pozostawia trwałą pamięć immunologiczną,  do rozwinięcia prawie zawsze wymagana jest odporność nieswoistej.

Odporność swoista Odporność swoista (odpowiedź immunologiczna) jest nabyta i skierowana przeciwko określonemu rodzajowi antygenu. Odpowiedź swoista następuje, gdy mechanizmy odporności nieswoistej okażą się nieskuteczne. Uwarunkowana jest wcześniejszym kontaktem z antygenem i wytworzeniem o nim pamięci immunologicznej. Na odporność swoistą składa się odpowiedź typu:  humoralnego (produkcja przeciwciał),  komórkowego (swoiście uczulone komórki T). Oba te mechanizmy przebiegają równolegle i są zależne od siebie.

Antygen Antygeny to wszystkie substancje rozpoznawane przez układ odpornościowy organizmu. Antygeny mogą być pochodzenia zewnętrznego, wprowadzone do organizmu, np. bakterie, ich toksyny, obce białka. Każda komórka ciała ma na powierzchni specyficzne białka tzw. antygeny zgodności tkankowej, które również są rozpoznawane przez układ odpornościowy.

Antygeny Właściwości antygenów:  immunogenność – zdolność do odpowiedzi immunologicznej, przejawiającej się wytwarzaniem uczulonych limfocytów lub przeciwciał (immunoglobulin),  zdolność do swoistej reakcji z produktami odpowiedzi immunologicznej: uczulonymi limfocytami lub immunoglobulinami.

Antygen Epitop lub determinanta antygenowa – fragment antygenu, który łączy się bezpośrednio z wolnym przeciwciałem, receptorem limfocytów B lub receptorem limfocytów T wiążących antygen. Paratop lub antydeterminanta – fragment przeciwciała, który wiąże się bezpośrednio z epitopem na danym antygenie. Schemat łączenia się przeciwciał (Ab) z epitopami (Ep) znajdującymi się na powierzchni antygenu (An) 1. fragment Fab 2. fragment Fc 3. łańcuch ciężki 4. łańcuch lekki 5. miejsce wiązania antygenu 6. regiony zawiasowe -S-S- mostki disiarczkowe

Rodzaje antygenów Aktywne (bakterie, grzyby, wirusy, komórki nowotworowe) mają zdolność do aktywnego namnażania się w organizmie. Pasywne (trucizny, jady) nie mają zdolności samoistnego namnażania się. Własne (autoantygeny) są produkowane przez organizm (antygeny transplantacyjne).

Klasyfikacja antygenów Ze względu na sposób aktywacji układu odpornościowego :  immunogenne - charakteryzujące się immunogennością i antygenowością,  hapteny - małe cząsteczki, wykazujące tylko antygenowość, niezdolne samodzielnie do wywołania odpowiedzi odpornościowej. Ze względu na udział limfocytów T w odpowiedzi odpornościowej:  grasico-zależne, które wymagają udziału limfocytów T do wzbudzenia odpowiedzi,  grasico-niezależne, nie wymagające udziału limfocytów T w indukcji odpowiedzi. Ze względu na liczbę epitopów:  monowalentne (jednowartościowe) zawierające tylko jeden epitop,  poliwalentne (wielowartościowe) posiadające wiele epitopów.

Odporność swoista Immunoglobuliny (przeciwciała):  mają zdolność swoistego rozpoznawania i łączenia się z antygenem,  występują w postaci wolnej w płynach ustrojowych,  występują w formie związanej jako receptory limfocytów B,  są zbudowane z 4 łańcuchów polipeptydowych,  wyróżnia się 5 klas przeciwciał – IgA, IgD, IgE, IgG, IgM.

Odporność swoista Rola immunoglobulin (przeciwciał):  przyłączenie określonych cząsteczek do powierzchni patogenu (opsonizacja), co ułatwia fagocytozę,  aktywowanie dopełniacza, co skutkuje zniszczeniem niektórych typów patogenów oraz pobudzeniem odpowiedzi odpornościowej,  aktywowanie cytotoksyczności komórkowej zależnej od przeciwciał,  neutralizowanie toksyn i wirusów,  oddziaływanie bakteriostatyczne i blokowanie białek odpowiedzialnych za łączenie się bakterii z komórkami gospodarza.

Odporność swoista Komórki prezentujące antygen (APC) mają zdolność: przyłączania różnych antygenów, ich wstępnego przygotowywania (prezentacja antygenów) na swej powierzchni tak, by stały się one „atrakcyjne” dla limfocytów Th. Do komórek APC należą: makrofagi (szczególnie te słabiej fagocytujące), komórki dendrytyczne narządów limfatycznych, limfocyty B.

Odporność swoista Limfocyty B i T są odpowiedzialne za odporność swoistą organizmu. Powstają w szpiku kostnym. Limfocyty B nabywają swoją specyficzność w szpiku kostnym. Limfocyty T nabywają swoją specyficzność w grasicy.

Limfocyty B Limfocyty B są odpowiedzialne za wywoływanie odpowiedzi typu humoralnego. Funkcje limfocytów B:  wiążą wolne antygeny,  prezentują antygeny limfocytom T,  różnicują się do komórek plazmatycznych, które syntetyzują immunoglobuliny (przeciwciał) (Ig).

Limfocyty T Limfocyty T są odpowiedzialne za wywoływanie odpowiedzi komórkowej. Ze względu na funkcję limfocyty T dzieli się na:  limfocyty Th (pomocnicze),  limfocyty Tc (cytotoksyczne),  limfocyty Treg (regulatorowe).

Th pomocnicze Tc cytotoksyczne Treg regulatorowe wspomagają odpowiedź humoralną i komórkową ułatwiają aktywację limfocytów B i makrofagów. odpowiedzialne za niszczenie komórek zakażonych przez drobnoustroje oraz za niszczenie komórek nowotworowych odpowiedzialne za hamowanie nadmiernej reakcji przeciwzapalnej i nadwrażliwości, zabezpieczają organizm przed autoagresją kontakt bezpośredni wydzielanie cytokin kontakt bezpośredniwydzielanie cytokin Limfocyty T

Th1Th2 wspomagają odpowiedź typu komórkowego wspomagają odpowiedź typu humoralnego stymulują cytotoksyczności limfocytów Tc, aktywują makrofagi stymulują wzrost i różnicowanie limfocytów B usuwają wirusy, bakterie i pierwotniaki rozwijające się wewnątrzkomórkowo usuwają bakterie rozwijające się zewnątrzkomórkowo Limfocyty Th

Porównanie odporności Odporność nieswoistaOdporność swoista bardzo szybka nie wymaga wstępnej aktywacji rozwija się powoli wymaga kontaktu z antygenem receptory rozpoznające antygen są niezmienne receptory rozpoznające antygen wykształcają się na nowo w każdej pierwotnej reakcji immunologicznej są dziedziczone z pokolenia na pokolenie nie są dziedziczone celem ataku nie są własne struktury organizmu może dojść do autoagresji nie pozostawia trwałej pamięci immunologicznej pozostawia trwałą pamięć immunologiczną rozwija się niezależnie od odporności swoistej do rozwinięcia prawie zawsze wymaga odporności nieswoistej

Układ odpornościowy CENTRALNE NARZĄDY LIMFATYCZNE OBWODOWE NARZĄDY LIMFATYCZNE grasica szpik kostny migdałki węzły chłonne śledziona grudki limfatyczne

Układ odpornościowy Układy limfatyczny stanowi 1 - 2% masy ciała. Narządy pierwotne (centralne):  grasica,  szpik kostny. Narządy wtórne (obwodowe):  śledziona,  węzły chłonne,  tkanki „śluzówkowe”: MALT, SALT, kępki Peyera.

Układ odpornościowy Narządy pierwotne (centralne):  grasica – rozwój i dojrzewanie limfocytów T,  szpik kostny – rozwój i dojrzewanie limfocytów B. Narządy wtórne (obwodowe):  śledziona – rozpoznanie antygenów krwiopochodnych,  węzły chłonne – antygeny krążące w chłonce absorbowane przez skórę i trzewia,  tkanki „śluzówkowe” (MALT, SALT, kępki Peyera) – antygeny, które przekroczyły bariery powierzchniowe.

Układ odpornościowy Układ odpornościowy związany z błonami śluzowymi MALT:  tkanka limfatyczna błony podśluzówkowej i śluzowej jelit (GALT),  skupiska tkanki limfatycznej na poziomie oskrzeli (BALT),  tkanka limfatyczna:  gruczołów sutkowych,  łzowych,  ślinianek,  szyjki macicy,  nosa i gardła (NALT) - pierścień Waldeyera (migdałek gardłowy, językowy, podniebienne, trąbkowe).

Układ odpornościowy Układ limfatyczny skóry określa się jako tkankę limfatyczną związaną ze skórą (SIS lub SALT). Stanowią go takie komórki jak:  komórki dendrytyczne, np. komórki Langerhansa,  keratynocyty,  limfocyty T,  komórki śródbłonka naczyniowego,  granulocyty, makrofagi, melanocyty.

Grasica Grasica znajduje się w śródpiersiu przednim, tuż za mostkiem. Grasica dzieli się na dwie części, parzyste i symetryczne, zwane płatami grasicy. Zbudowana jest z kory podzielonej przegrodami łącznotkankowymi na zraziki i z rdzenia wspólnego dla wszystkich zrazików kory. Otoczona jest torebką łącznotkankową. Grasica powiększa się do 2 roku życia, pozostaje do okresu dojrzewania (waży ok. 25 g), po czym zmniejsza się (po 60 roku życia waży mniej niż 0,5 g). Grasica stanowi miejsce dojrzewania i selekcji macierzystych komórek szpikowo - pochodnych.

Grasica

Szpik kostny Szpik kostny znajduje się wewnątrz jam szpikowych kości długich oraz w małych jamkach w obrębie istoty gąbczastej innych kości. Rozróżniamy szpik kostny:  żółty składa się głównie z komórek tłuszczowych, którego zawartość wzrasta wraz z wiekiem. Jest hematologicznie nieczynny,  czerwony jest miejscem powstawania elementów morfotycznych krwi. U dzieci szpik kostny czerwony wypełnia wszystkie kości. U osób dorosłych szpik kostny czerwony występuje jedynie w kościach płaskich (np. mostku, trzonach kręgów, żebrach) oraz w nasadach kości długich.

Szpik kostny W szpiku znajdują się komórki macierzyste, które przez całe życie, odtwarzają:  elementy morfotyczne krwi (krwinki czerwone, leukocyty, płytki krwi),  komórki układu odpornościowego (immunologicznego) (erytroblasty, megakariocyty, mielocyty). Tutaj niszczone są stare, uszkodzone i nie spełniające prawidłowo swojej funkcji krwinki. Gromadzone jest żelazo odzyskiwane z uszkodzonych krwinek.

Migdałek Migdałek to skupisko tkanki limfatycznej w gardle. Rozróżnia się:  parzysty migdałek podniebienny (znajduje się w zagłębieniu pomiędzy łukami podniebiennymi),  migdałek gardłowy (umiejscowiony w nosowej części gardła),  migdałek językowy (okolice korzenia języka),  parzysty migdałek trąbkowy (w sąsiedztwie ujścia trąbki słuchowej).

Migdałek Migdałki pokryte są nabłonkiem, który wnika głęboko w tkankę limfatyczną tworząc tzw. krypty (limfocyty). Eliminują czynniki chorobotwórcze, które wnikają do ciała wraz z wdychanym powietrzem lub drogą pokarmową. Bardzo często z powodu, powtarzającego się stanu zapalnego migdałków były usuwane. Ponieważ ich funkcja jest lepiej poznana i bardziej doceniana, ich usuwanie odbywa się coraz rzadziej.

Węzły chłonne Węzły limfatyczne (narządy limfatyczne chłonne) leżą wzdłuż naczyń limfatycznych. Węzły limfatyczne są odpowiedzialne za wytwarzanie limfocytów T i B, a więc za odpowiedź immunologiczną. Największe z nich to węzły: podżuchwowe, przyuszne, pachowe oraz pachwinowe. Dzięki fagocytozie znajdujących się w węzłach monocytów, oczyszczają limfę z drobnoustrojów i ich toksyn, a także komórek nowotworowych.

Węzły chłonne

Śledziona Śledziona ma owalny kształt i leży pod przeponą w lewym podżebrzu. Jest narządem krwio-limfatycznym, ponieważ spełnia funkcje układu krwionośnego i limfatycznego (chłonnego). Otoczona jest torebką łącznotkankową, od której odchodzą beleczki łącznotkankowe. Przestrzeń między beleczkami, a torebką wypełnia miąższ nazwany miazgą.

Śledziona Do najważniejszych funkcji śledziony należy:  wytwarzanie limfocytów B, T oraz monocytów przez cały czas, a innych krwinek tylko w życiu płodowym,  udział w odpowiedzi immunologicznej typu humoralnego (wytwarzanie przeciwciał),  współuczestnictwo w wytwarzaniu bilirubiny,  magazynowanie krwi oraz krwinek,  prezentacja antygenów limfocytom.

Grudki limfatyczne Grudki limfatyczne (chłonne) są elementem węzłów limfatycznych i śledziony. Grudki limfatyczne występują zazwyczaj w ścianie przewodu pokarmowego, dróg oddechowych oraz narządów moczowo - płciowych. Dzięki takiej lokalizacji chronią miejsca szczególnie narażona na atak drobnoustrojów. Grudki limfatyczne mogą występować pojedynczo lub w skupiskach, tworzyć migdałki oraz kępki Peyera.

Procesy odpornościowe Pierwotna odpowiedź immunologiczna występuje, gdy układ immunologiczny styka się z danym antygenem po raz pierwszy. Po ustaniu kontaktu z antygenem, ilość wytworzonych przeciwciał spada, a w organizmie zostają jedynie komórki pamięci immunologicznej. Wtórna odpowiedź immunologiczna występuje jeśli dojdzie do ponownego kontaktu z tym samym antygenem. Komórki pamięci immunologicznej łatwo ulegają aktywacji, szybciej się mnożą i, w zależności od swego pochodzenia, produkują więcej przeciwciał lub cytokin.

Procesy odpornościowe Uzyskiwanie odporności swoistej odbywa się w sposób czynny lub bierny. Czynny pobudza organizm do wytworzenia przeciwciał w sposób:  naturalny – po przebyciu zakażenia,  sztuczny – po podaniu szczepionki. Bierny polega na wprowadzeniu do organizmu gotowych przeciwciał:  naturalny – przenikanie przeciwciał przez łożysko do płodu lub u noworodka z mlekiem matki,  sztuczny – po podaniu surowicy odpornościowej.