Imūnsistēmas galvenā funkcija ir novērst slimību attīstību un aizsargāt organismu no patogēniem, piemēram, vīrusiem, baktērijām, sēnītēm, parazītiem un citiem. Turklāt imūnsistēma arī izvada no organisma bojātās, ļaundabīgās vai mirušās šūnas un aizsargā no svešām un kaitīgām vielām. Pie imūnsistēmas orgāniem pieder liesa, kaulu smadzenes, tīmuss, kā arī limfātiskā sistēma.
imūnsistēma
kompleksa orgānu, audu, šūnu un vielu sistēma, kas darbojas, lai aizsargātu organismu no slimības izraisītājiem jeb patogēniem, vēža šūnām un toksīniem
Saistītie šķirkļi
Satura rādītājs
Imūnsistēmas struktūra un mehānismi
Imūnsistēma sastāv no šķīstošām molekulām jeb humorālās sastāvdaļas un imūnšūnām jeb celulārās sastāvdaļas. Imūnšūnas var iedalīt pēc to izcelsmes un funkcijām.
Imūnsistēmas šūnu iedalījums pēc izcelsmes
Limfoīdās cilmes šūnas rada limfocītus (T šūnas, B šūnas un dabīgās galētājšūnas – naturālie killeri jeb NK šūnas). Savukārt mieloīdās cilmes šūnas rada visas pārējās imūnšūnas.
Imūnsistēmas šūnu funkcionālais iedalījums
- granulocīti – šūnas, kuru citoplazmā atrodas antibakteriālās molekulas saturošas granulas, kas tiek atbrīvotas degranulācijas rezultātā. Granulocīti cirkulē asinīs un migrē uz iekaisuma vietām. Pie granulocītiem pieder neitrofili, bazofili, eozinofili un tuklās šūnas;
- fagocīti – šūnas, kas spēj ietvert un iznīcināt mikroorganismus, svešķermeņus un mirušās šūnas. Pie fagocītiem pieskaita neitrofilus, monocītus, makrofāgus, tuklās šūnas un dendrītiskās šūnas. Fagocitoze ir process, kurā imūnās šūnas absorbē un izvada no organisma mikroorganismus, šūnu atliekas, antivielu kompleksus un svešķermeņus. Fagocīti var arī aktivizēt adaptīvo imūnreakciju, aktivizējot antigēnu prezentējošās šūnas (antigen presenting cells, APC);
- APC – šūnas ar spēju prezentēt antigēnus (vielas, kas izraisa organisma imūnreakciju), veicinot specifisko imūno atbildi pret tiem. Pie antigēnprezentējošajām šūnām pieder makrofāgi, dendrītiskās šūnas un B šūnas;
- citotoksiskās šūnas var nogalināt citas šūnas, tostarp svešas, ļaundabīgas un ar vīrusu inficētas šūnas. Citotoksisko iedarbību imūnsistēmā nodrošina T limfocīti un dabīgās galētājšūnas.
Imūnsistēmas klasifikācija
Imūnsistēma tiek iedalīta iedzimtajā un adaptīvajā.
Iedzimtā jeb nespecifiskā imūnsistēma
Nespecifiski aizsargā organismu pret infekcijām un citiem patogēniem, kā arī izvada no organisma mirušās šūnas un iniciē audu reparāciju. Iedzimtās imūnsistēmas reakcija ir ātra, taču tās rezultātā neveidojas imunoloģiskā atmiņa. Nespecifiskās imūnsistēmas komponenti stimulē un regulē adaptīvo imūno reakciju.
Celulārā sastāvdaļa. Pie nespecifiskās imūnsistēmas šūnām pieder granulocīti, monocīti, makrofāgi, NK šūnas un dendrītiskās šūnas. Iedzimtā imunitāte pret patogēniem balstās uz paternu jeb struktūras atpazīšanas receptoriem (pattern recognition receptors, PRR), kas ļauj imūnšūnām ātri reaģēt uz plašu patogēnu klāstu, kuriem ir kopīgas struktūras, pazīstamas kā ar patogēniem saistītie molekulārie paterni jeb modeļi (pathogen associated molecular patterns, PAMP). PAMP piemēri ir baktēriju šūnu sieniņas komponenti, piemēram, lipopolisaharīdi (LPS), un divpavedienu ribonukleīnskābe (dsRNS), kas rodas vīrusu infekcijas laikā.
Humorālā sastāvdaļa. Nespecifiskās imūnsistēmas šķīstošās molekulas iekļauj sevī komplementa sistēmu, citokīnus, dabiskās antivielas, antimikrobiālās vielas u. c.
1. Opsonīni – molekulas, kas saistās pie mikroorganismu virsmas un veicina fagocitozi un iekaisuma reakciju (opsonizē). Runājot par opsonīniem, parasti min komplementa proteīnus un antivielas, taču ir zināmi arī citi proteīni, kas var opsonizēt patogēnus, piemēram, pentraksīni, kollektīni un fikolīni.
Komplementa sistēma – proteīnu sistēma, ko var aktivizēt tiešā (patogēni) vai netiešā (ar patogēnu saistītās antivielas) veidā, izraisot bioķīmisko reakciju kaskādi, lai identificētu un opsonizētu patogēnus. Opsonizācija padara mikroorganismus uzņēmīgus pret fagocitozi, kā arī var tieši nogalināt patogēnus un inficētās šūnas. Dabiskās antivielas – zemā specifiskuma antivielas (galvenokārt imūnglobulīns M (IgM)), kas atrodamas organismā pirms infekcijas. Saistās pie antigēniem un veicina fagocitozi un iekaisuma reakciju.
2. Antimikrobiālās vielas
Defensīni – mazi peptīdi, kuriem piemīt tieša antimikrobiālā vai imūnās signalizācijas aktivitāte. Katelicidīni – epitēlija antimikrobiālie peptīdi, kas iznīcina mikroorganismus, bojājot to membrānu.
3. Citokīni – šūnu producētie signālproteīni, ar kuru palīdzību tiek kontrolēts iekaisums. Citokīniem var būt kā iekaisumu veicinoša, tā arī pretiekaisuma darbība. Pie citokīniem pieder interleikīni, interferoni, koloniju stimulējošie faktori, hemokīni, audzēja nekrozes faktori un transformējošie augšanas faktori.
Adaptīvā jeb specifiskā imūnsistēma
Veidojas cilvēka dzīves laikā un var aizsargāt organismu pret noteiktiem patogēniem, ar kuriem cilvēks jau ir saskāries. Galvenā adaptīvās imunitātes pazīme ir atmiņas spēja, kas ļauj izveidot ātrāku un efektīvāku imūnreakciju atkārtotās infekcijas gadījumā.
Celulārā sastāvdaļa. Pie specifiskās imūnsistēmas šūnām pieder T un B limfocīti:
- T šūnas tiek iedalītas divās klasēs: citotoksiskās T šūnas (cytotoxic T lymphocytes, CTL) un T palīgšūnas (helper T cells, Th). CTL iznīcina inficētas un ļaundabīgas šūnas un veido specifisko imūno atbildi. Savukārt Th šūnas aktivizē CTL, makrofāgus un B šūnas, lai stimulētu imūno atbildi. Īpaši izdala regulatorās T šūnas (Tregs), kas modulē imūnreakciju, tādējādi saglabājot homeostāzi un novēršot autoimūnās slimības.
- B šūnas producē antivielas, kuras var būt izdalītas jeb sekretētas vai ievietotas plazmas membrānā, kur tās kalpo kā daļa no B šūnu receptoriem.
Humorālā sastāvdaļa. Specifiskās imūnsistēmas humorālo sastāvdaļu veido pret antigēniem specifiskās antivielas. Atšķirībā no dabiskajām antivielām, pret antigēniem specifiskās antivielas tiek producētas pēc organisma saskares ar infekcijas izraisītāju. Izdala piecas antivielu klases vai izotipus: IgA, IgD, IgE, IgG un IgM. Antivielas var būt neitralizējošās un saistošās. Neitralizējošās antivielas traucē patogēnam inficēt šūnu, bloķējot molekulas, kas nepieciešamas iekļūšanai šūnā. Savukārt saistošās antivielas opsonizē patogēnu, lai aktivizētu imūnšūnu reakciju.
Imūnsistēmas nozīmes cilvēka organismā raksturojums, nozīmīgākās slimības
Imūnsistēma ne tikai aizsargā organismu pret slimību izraisītājiem, novērš infekcijas, iznīcina ļaundabīgas vai mirušas šūnas un regulē iekaisuma reakcijas, bet arī spēj atpazīt organisma šūnas no svešām. Tā, piemēram, transplantējot orgānus, ir novērojama imūnā atbilde pret transplantātu (atgrūšana).
Imūnās slimības var iedalīt divās galvenajās grupās: imūndeficītā un hipersensitivitātē.
Imūndeficīts
Neefektīva imūnā reakcija, kuras rezultātā ir traucēta organisma spēja pretoties infekcijām. Imūndeficīts var būt ģenētisko defektu izraisīts (primārais jeb iedzimtais) vai arī attīstīts dzīves laikā (sekundārais jeb iegūtais). Kā primārā imūndeficīta piemēru var minēt smagu kombinēto imūndeficītu (severe combined immunodeficiency, SCID) – reto traucējumu grupu, ko izraisa dažādu gēnu, kas iesaistīti imūnšūnu attīstībā un darbībā, mutācijas. Sekundāro imūndeficītu var izraisīt vīrusu vai baktēriju infekcijas. Cilvēka imūndeficīta vīruss (human immunodeficiency virus, HIV) inficē T šūnas un izraisa iegūtā imūndeficīta sindromu (acquired immunodeficiency syndrome, AIDS). Imūndeficītu var izraisīt arī nepietiekams uzturs, autoimunitāte, imūnsupresīva terapija vai tādas slimības kā leikēmija un multiplā mieloma.
Tā kā viena no imūnsistēmas funkcijām ir novērst ļaundabīgo audzēju attīstību, arī vēzis tiek uzskatīts par ar traucēto imūno atbildi saistītu slimību. Tiešām – pacientiem ar imūndeficītu ir augsts audzēju sastopamības biežums. Vēzis ir slimību kopa, kas saistīta ar patoloģisko šūnu augšanu, kuras var izplatīties uz citām ķermeņa daļām. Parasti vēža šūnas ir ģenētiski plastiskās, kas ļauj tām ātri pielāgoties un izvairīties no imūnās atbildes.
Hipersensitivitāte jeb paaugstinātas jutības reakcija
Tā ir imūnsistēmas pārmērīga reakcija. Hipersensitivitātes reakcijām izdala četrus galvenos tipus:
- I tipa jeb tūlītējo hipersensitivitāti izraisa IgE antivielas un tuklās šūnas. Pie tās pieder alerģijas, sistēmiskā anafilakse un bronhiālā astma;
- II tipa hipersensitivitāte attiecas uz antivielu (IgG vai IgM) izraisītu imūnreakciju;
- III tipa hipersensitivitātes reakciju izraisa imūnie kompleksi (lielas molekulas, kas sastāv no antigēnu un antivielu kombinācijām);
- IV tipa hipersensitivitāti izraisa T šūnas.
Hipersensitivitātes reakcijas var būt vērstas kā pret ārējo apdraudējumu (alerģijas), tā arī pret paša organisma antigēniem. Normālas imūnās homeostāzes zudumu un patoloģisku imūnsistēmas reakciju uz saviem audiem sauc par autoimunitāti. Autoimunitātes galvenās pazīmes iekļauj sevī pašreaktīvu T šūnu un autoantivielu klātbūtni. Autoimūnās slimības, līdzīgi kā citas hipersensitivitātes reakcijas, var iedalīt pēc to mehānisma. Ievērojami autoimūno slimību piemēri: Greivsa slimība, sistēmiskā sarkanā vilkēde, 1. tipa cukura diabēts, reimatoīdais artrīts, multiplā skleroze, Krona slimība, čūlainais kolīts, celiakija u. c.
Īsa pētniecības vēsture
Imūnsistēmas pētījumi ir sākušies ar slimības izraisītāju un to apkarošanas veidu meklēšanu. Jau 5. gs. p. m. ē. senie grieķi novēroja, ka cilvēki, kas ir izslimojuši ar mēri, otrreiz nesaslimst. 16. gs. Ķīnā izmantoja variolāciju kā veidu, lai aktivizētu imūnsistēmu pret baku vīrusu. Variolācija ir apzināta personas inficēšana ar slimības izraisītāju kontrolētos apstākļos. Tam sekoja Edvarda Dženera (Edward Jenner) pirmā baku vakcinācijas demonstrācija 1796. gadā. 19. gs. Luijs Pastērs (Louis Pasteur) un Roberts Kohs (Heinrich Hermann Robert Koch) apstiprināja un popularizēja slimības mikrobu teoriju: “Noteiktas slimības izraisa mikroorganismu invāzija ķermenī – tie ir organismi, kas ir pārāk mazi, lai tos ieraudzītu ar aci, un ir nepieciešams mikroskops”. Bet jau 1879. gadā L. Pastērs izstrādāja pirmo laboratorijā radīto vakcīnu pret vistu holeru.
Taču par pašas imūnās sistēmas pētniecības vēstures sākumu uzskata 19. gs. beigas, kad Iļja Mečņikovs (Илья Ильич Мечников) atklāja fagocītiskās šūnas, bet Emīls fon Bērings (Emil Adolf von Behring), Pauls Ērlihs (Paul Ehrlich) un Kitasato Šibasaburo (北里 柴三郎) identificēja antivielas, kas neitralizē mikroorganismu toksīnus. Šie atklājumi noteica iedzimtās un iegūtās imunitātes jēdzienus un nodrošināja pamatu imūnsistēmas kā aizsardzības mehānisma pret patogēniem izpētei.
Pateicoties molekulārās bioloģijas attīstībai, 20. gs. tika veikti daudzi atklājumi – no asins grupu noteikšanas līdz NK šūnu un regulatoro T šūnu atklāšanai. Zinātnieki aprakstīja B un T limfocītus, klasificēja dažāda veida paaugstinātas jutības reakcijas un atklāja galvenā audu saderības kompleksa (major histocompatibility complex, MHC) lomu transplantāta atgrūšanā. Jaunākie sasniegumi ietver pirmo autologo šūnu terapiju un kontrolpunktu inhibitoru apstiprināšanu melanomas un plaušu audzēju ārstēšanai.
Imūnterapija
Imūnterapija ir terapija, kas vērsta uz imūnās atbildes izmaiņu. Hipersensitivitātes un orgānu transplantācijas gadījumā imūnterapija tiek lietota, lai samazinātu imūno atbildi. Savukārt imūndeficīta gadījumā tiek mēģināts inducēt imūno atbildi. Tā kā tiek uzskatīts, ka imūnstimulējošā audzēja mikrovide ir saistīta ar pozitīvo prognozi, vēža imūnterapija arī ir vērsta uz to, lai aktivizētu imunitāti cīnīties ar audzēju.
Imūnsupresīva terapija
Lai samazinātu iekaisumu, lieto kortikosteroīdus. Jaunākās paaudzes medikamenti neitralizē iekaisuma citokīnus un imūnšūnas, kā, piemēram, imūnsupresīvās antivielas, kas ir vērstas pret dažādiem imūnās atbildes posmiem.
Pret alerģisko reakciju simptomiem parasti lieto antihistamīnus, kas bloķē no granulocītiem izdalītos histamīnus. Alerģiju ārstēšanai izmanto organisma pakāpenisku pakļaušanu pieaugošam alergēna daudzumam, kuras rezultātā cilvēks kļūst nejutīgs pret alergēnu.
Imūnstimulējošā terapija
Kā imūnstimulējošās terapijas veidus var minēt vakcināciju, imūnglobulīnu terapiju, autologo šūnu terapiju un imūnšūnu aktivāciju.
Vakcinācija
Vakcinācijas laikā organismā tiek ievadīts novājināts patogēns vai tā daļas, lai palīdzētu imūnsistēmai attīstīt specifisko imūno atbildi pret slimību.
Imūnglobulīnu terapija
Antivielas no donora var tikt izmantotas gan pirms saskares ar patogēnu kā profilakse, gan pēc saskares kā terapija. Antivielas tiek administrētas kā donoru plazma vai serums, attīrīti imūnglobulīni vai monoklonālās (laboratorijā ražotās) antivielas. Izmanto trakumsērgas, respiratoru infekciju, difterijas un stingumkrampju gadījumā.
Autologo šūnu terapija
Pacienta šūnas tiek pavairotas laboratorijā un izmantotas, lai pastiprinātu imūno atbildi. Piemēram, pacientam tiek ievadītas T šūnas, lai palīdzētu imūnsistēmai cīnīties ar vēzi. T šūnas tiek izdalītas no pacienta asinīm vai audiem, lielā skaitā audzētas laboratorijā un ievadītas pacientam. Šūnas var būt modificētas laboratorijā, lai tās varētu efektīvāk mērķēt uz pacienta vēža šūnām. Kā piemēru var minēt himērisko antigēnu receptoru (chimeric antigen receptor, CAR) T šūnu terapiju.
Imūnšūnu aktivācija
Šim nolūkam izmanto iekaisuma citokīnus un kontrolpunktu inhibitorus (antivielas pret PD-1/PD-L1 vai CTLA-4). Vēža šūnas mēdz nomākt imūno atbildi caur imūnšūnu darbību inhibējošiem receptoriem (PD-1/PD-L1 vai CTLA-4). Bloķējot šos receptorus, ir iespējams aktivizēt imūnšūnas.