В окружающей нас среде обитает огромное количество микробов. На 1 кв. см. поверхности их может быть больше миллиона! Разумеется, микробы постоянно и разными путями проникают в наш организм, и с этим надо что-то делать. Ведёт борьбу с микробами иммунная система, и устроена она довольно сложно. В этом посте мы разберём подробно, как работает иммунитет, и какие способы использует наш организм для нейтрализации чужеродных микробов.
Первый рубеж обороны
Первая задача — вообще не пустить вредные бактерии и вирусы в организм. Через неповреждённую кожу вредные микробы обычно не могут проникнуть в организм, хотя через ранки и царапины они всё-таки могут попасть внутрь. Интересно, что кожные выделения создают на коже слабокислую среду, губительную для большинства микроорганизмов. Однако некоторые бактерии приспособились жить в такой среде, при этом они приносят нам пользу, т. к. подавляют деятельность других, потенциально опасных бактерий.
Те бактерии, которые попадают внутрь с пищей, обычно гибнут в слабом растворе соляной кислоты, содержащемся в желудке. А в слюне и на слизистых оболочках также содержатся вредные для микробов вещества, например, лизоцимы, способные повреждать клеточную оболочку бактерий.
Как иммунная система уничтожает бактерии
В конце 19 века учёные с удивлением обнаружили, что внутри организма человека и животных есть подвижные клетки, которые активно перемещаются к месту, например, какой-то ранки на коже и атакуют проникающие через неё микробы. Такие клетки стали называть фагоцитами. Как правило, фагоцит, подобно амёбе, поедает вредную бактерию и переваривает её.
Видео — фагоцит настигает и поглощает вредную бактерию:
Кстати, в месте повреждения или массового проникновения инфекции в организм начинается процесс воспаления. При этом расширяются сосуды, происходит замедление тока крови, а через стенки сосудов к месту воспаления начинают проникать фагоциты. Кроме этого, при воспалении происходит выброс химических веществ, которые служат сигналом для фагоцитов массово двигаться к месту воспаления и атаковать попавшие в организм микробы.
Как фагоцит обнаруживает врага? Ответ на этот вопрос не так прост. На самом деле клетки иммунной системы способны узнать большую часть (примерно 95%) чужеродных микробов по характерным для них признакам. Можно сказать, что так работает врождённый иммунитет. Но есть и такие вредные микроорганизмы, которые иммунная система не может распознать сходу. И тут вступает в действие очень сложно устроенная система адаптивного иммунитета. Как же она работает?
Адаптивный иммунитет
Сначала надо разобраться, что такое антитела. Это такие молекулы, которые, с одной стороны, могут распознаваться фагоцитами, а с другой — способны прилипать к чужеродным молекулам (т. н. антигенам).
Примерно так выглядят антитела
Антитела производятся специальными клетками иммунной системы — B-лимфоцитами. Организм производит множество B-лимфоцитов (миллионы вариаций), способных производить самые разные антитела. Вариантов настолько много, что какой бы чужеродный белок не попал в организм, те или иные B-лимфоциты обязательно его распознают и начнут производить соответствующие антитела, как раз такие, которые будут прилипать к этому виду чужеродных белков. При этом при создании B-лимфоцитов заранее происходит проверка, чтобы их антитела не прилипали к собственным клеткам организма.
Итак, что происходит, если в организм проникли микробы, которые не были обнаружены встроенными рецепторами фагоцитов? Они несут на себе чужеродные белки, которые рано или поздно узнает какой-нибудь B-лимфоцит. И тогда он начинает, во-первых, активно делиться, а во-вторых, все эти B-лимфоциты начинают производить антитела. Антитела прилипают к микробам, что само по себе может им помешать, но главное — микробы с прилипшими антителами обнаруживают и атакуют фагоциты. Таким образом организм начинает активную борьбу с новой инфекцией.
Проблема только в том, что адаптивный иммунитет, в отличие от врождённого, срабатывает не сразу. Для обнаружения нового микроба B-лимфоцитом, способным производить против него антитела, и на сам процесс массового производства антител требуется, как правило, не меньше нескольких дней. А за это время некоторые вредные бактерии способны и сами сильно размножиться и нанести существенный вред организму. Правда, у иммунной системы есть дополнительный механизм, способный ускорить этот процесс. Во-первых, некоторые клетки иммунной системы (т. н. антигенпрезентирующие) способны поглощать антигены и расщеплять их, выставляя кусочки на своей поверхности. Затем эти клетки проникают в лимфатический узел, где сталкиваются с другим типом клеток — T-хелперами. Существует множество вариаций T-хелперов, как и вариаций B-лимфоцитов. И если T-хелпер при помощи антигенпрезентирующий клетки обнаруживает подходящий антиген, он активируется, ищет B-лимфоцит соответствующего типа и заставляет его начать размножаться и производить антитела.
Столкнувшись однажды с каким-то видом микроба, иммунная система запоминает его. Происходит это благодаря тем же B-лимфоцитам, часть из которых после победы над микробом остаются в состоянии готовности. Они активируются и начинают производить антитела сразу же, как только этот вид микробов снова попадает в организм. Во второй раз, в отличие от первого, задержки почти нет, и вредный микроб быстро уничтожается. Именно на этом явлении основана вакцинация от опасных заболеваний. Человеку делают прививку, вводя в организм убитых или ослабленных микробов, но иммунная система распознаёт чужеродные белки, соответствующие B-лимфоциты запоминают информацию. И если когда-то позже в организм попадут уже живые и активные возбудители болезни, B-лимфоциты сразу начнут производить антитела и иммунная система быстро уничтожит инфекцию.
Как иммунная система уничтожает вирусы
В отличие от бактерий и других клеточных микроорганизмов, вирусы проникают внутрь клеток организма и заставляют их производить новые вирусы. Для противодействия вирусам существует несколько механизмов. Во-первых, сами клетки, заражённые вирусами, либо замедляют процессы синтеза белков, что приводит к замедлению размножения вируса, либо и вовсе совершают самоубийство (апоптоз). Кроме того, они производят интерфероны, которые замедляют процессы синтеза в в соседних клетках, мешая их заражению. Во-вторых, так же как и против бактерий, против вирусов B-лимфоциты производят антитела. Антитела, прикрепляясь к вирусам, могут помешать их проникновению внутрь клеток, а вдобавок, являются сигналом для фагоцитов, чтобы те пожирали и уничтожали вирус. Наконец, в иммунной системе есть особый тип клеток — T-киллеры, которые постоянно проверяют все клетки на наличие на их поверхности чужеродных белков. Если такие белки присутствуют (а так обычно и бывает при заражении вирусом), T-киллер убивает клетку. Кстати, T-киллер может убить не только клетку, заражённую вирусом, но и клетку, в которой произошла мутация, предотвращая таким образом возникновение рака.
Всегда ли сильный иммунитет — это хорошо?
Казалось бы, чем сильнее иммунитет, чем более мощный ответ он даёт на внешние угрозы, тем лучше. Но увы, это не всегда так. Одна из проблем — это пересадка органов. Клетки пересаженного органа иммунная система рассматривает как чужеродные и атакует их, что приводит к отторжению пересаженного органа. Из-за этого приходится применять препараты, подавляющие иммунитет.
Чрезмерная реакция иммунной системы может приводить и к проблемам другого рода — аллергическим реакциям. Например, в ответ на попадание в организм чужеродных белков, на самом деле вполне безобидных (например, пыльца каких-нибудь растений) иммунная система может атаковать их и запустить сильное воспаление. Иногда оно настолько сильное, что способно вызвать анафилактический шок и смерть. Но и менее опасные симптомы аллергии, такие, как зуд, покраснение кожи, кашель и т. п. тоже не представляют собой ничего хорошего.
Наконец, изредка бывает и так, что по ошибке иммунная система начинает атаковать клетки собственного организма. В этом случае развиваются аутоиммунные заболевания, при которых, опять же, требуется специально ослаблять иммунитет.
