BUDOWA I FUNKCJE UKŁADU ODPORNOŚCIOWEGO

(1)

BUDOWA I FUNKCJE UKŁADU ODPORNOŚCIOWEGO

Prof. dr hab. n. med. Małgorzata Milkiewicz Samodzielna Pracownia Biologii Medycznej

Odporność (łac. immunitas)

stan organizmu polegający na wytworzeniu systemu zdolnego do rozpoznania i unieczynnienia obcych

dla ustroju czynników

https://www.zdronet.pl/UserFiles/clinics/thumbnail_14_466.jpg?t=943916400

- odpowiada za ogólną ochronę organizmu

- im sprawniejszy układ immunologiczny tym zakażenie bardziej krótkotrwałe - uczestniczy w eliminacji komórek wykazującymi defekt (kom. nowotworowe czy

kom. zdegenerowane)

Reakcje układu immunologicznego są bardzo ściśle kontrolowane !

Układ odpornościowy człowieka (układ immunologiczny)

Naczynia limfatyczne kapilary

limfatyczne

Immunologia - nauka o odporności. Bada procesy prowadzące do utrzymania organizmu w równowadze wobec powstałych wewnątrz

lub wnikających z zewnątrz substancji obcych

(2)

a) narządy centralne:

grasica, szpik kostny

b) narządy obwodowe:

śledziona, węzły chłonne, migdałki, kępki Peyera, wyrostek robaczkowy w przewodzie pokarmowym

c) komórki układu immunologicznego:

limfocyty, kom. dendrytyczne, makrofagi

węzły chłonne

migdałki

grasica naczynia limf.atyczne

śledziona

kępki Peyera wyrostek

robaczkowy szpik kostny

węzły chłonne naczynia limf.atyczne

Elementy strukturalne układu odpornościowego Grasica (łac. Thymus)

•

centralny narząd limfatyczny

•

niezbędna do dojrzewania limfocytów T i rozwoju odpowiedzi komórkowej

•

zbudowana jest z korowych i rdzeniowych komórek nabłonkowych, komórek dendrytycznych oraz makrofagów

•

współpracuje z układem hormonalnym - wytwarza hormony: tymozynę i tymopoetynę.

Gołąb J., Jakóbisiak M., Lasek W., Stokłosa T.: Immunologia, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2019 Ptak W., Ptak M., Szczepanik M.: Podstawy immunologii, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2017

Grasica (łac. Thymus)

https://bi.im-g.pl/im/6/9200/z9200276Q.jpg

•

aktywność grasicy jest największa podczas życia płodowego i we wczesnym dzieciństwie - w pełni rozwinięta w momencie narodzin

•

ulega inwolucji (jednak nigdy całkowicie nie zanika)

Szpik kostny (ang. Bone marrow)

•

centralny narząd limfatyczny

•

główne miejsce hematopoezy (tworzenia komórek krwi)

•

tutaj rozpoczyna się rozwój wszystkich komórek limfoidalnych

•

niezbędny do dojrzewania limfocytów B i rozwoju odpowiedzi humoralnej

•

składa się z komórek zrębu (elementów morfotycznych) oraz komórek hemopoetycznych (hemoblastów)

•

wydziela cytokiny, chemokiny, czynniki wzrostu zapewniając prawidłową hematopoezę

(3)

Migdałki - grudki nieotorbione

•

obwodowy narząd limfatyczny

•

położone są na skrzyżowaniu dróg oddechowych i pokarmowych

Kępki Peyera - grudki nieotorbione

•

obwodowy narząd limfatyczny

•

występują w jelicie krętym, głównie w końcowym jego odcinku

Gołąb J., Jakóbisiak M., Lasek W., Stokłosa T.: Immunologia, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2019 Ptak W., Ptak M., Szczepanik M.: Podstawy immunologii,

Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2017 https://bi.im-g.pl/im/6/9200/z9200276Q.jpg

Węzły limfatyczne - grudki otorbione

Są narządami leżącymi na przebiegu naczyń limfatycznych, które uchodzą do węzła a następnie go opuszczają.

FUNKCJE:

•

Filtracja limfy i zatrzymywanie (ROZPOZNANIE) zawartych w niej antygenów, a także

drobnoustrojów, komórek nowotworowych i drobnych ciałek stałych.

•

Wytwarzanie aktywowanych limfocytów T i B

Śledziona

•

obwodowy i zarazem największy narząd limfatyczny

•

składa się z miazgi czerwonej (liczne makrofagi, filtr dla erytrocytów) oraz miazgi białej (narząd limfatyczny)

•

^Funkcja:

- wytwarzanie limfocytów przez całe życie, a innych krwinek w życiu płodowym - udział w odpowiedzi immunologicznej, szczególnie przeciwbakteryjnej - fagocytoza i niszczenie zużytych erytrocytów, krwinek białych i trombocytów

•

usunięcie jej może znacznie zwiększyć podatność na zakażenia bakteryjne

Gołąb J., Jakóbisiak M., Lasek W., Stokłosa T.: Immunologia, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2019

Ptak W., Ptak M., Szczepanik M.: Podstawy immunologii, Wydawnictwo

Lekarskie PZWL, Warszawa 2017 https://noveaidea.com/g/i/22/2237/sledziona-2-0-625x335.jpg

(4)

Pochodzenie komórek układu immunologicznego

plazmocyt Komórka

multipotencjalna (stem cell)

kom. prekursorowe w szpiku kostnym komórki mielocytarne

przeciwciała limfocyty T

limfocyty NK

limfocyty B erytrocyty

Megakariocyty

makrofagi monocyty

granulocyty grasica

kom. prekursorowe w szpiku kostnym komórki limfoidalne

trombocyty

Limfocyty T

•

mają zdolność swoistego rozpoznawania poprzez specyficzne receptory różnych determinant antygenowych.

•

małe, jednojądrzaste komórki (8-15 um), nieliczne mitochondria.

•

są odpowiedzialne za swoistość i pamięć odpowiedzi immunologicznej

•

komórki wysoce wyspecjalizowane.

•

żyją od kilku dni do kilu lat (zależynie od stopnia specjalizacji)

•

wiele subpopulacji, które różnią się receptorami powierzchniowymi oraz ilością występowania w różnych miejscach, jak też zdolnością do sekrecji różnych substancji.

Wspólną cechą limfocytów T jest posiadanie cząstek powierzchniowych:

- CD4 - CD8

a) limfocyty pomocnicze Th (T helper) zapewniają pomoc, dla limfocytów B,

rozpoznają swoiste antygeny w połączeniu z cząstkami MHC (HLA) klasy II

kom. pamięci immunologicznej plazmocyty

Subpopulacje limfocytów T

b) limfocyty cytotoksyczne Tc, rozpoznają swoiste antygeny w połączeniu z cząstkami MHC (HLA) klasy I, są odpowiedzialne za niszczenie komórek zakażonych przez drobnoustroje oraz za niszczenie komórek nowotworowych.

Subpopulacje limfocytów T

(5)

c) limfocyty zabijające – komórki NK (natural killer), 15% wszystkich limfocytów, niszczą komórki nowotworowe i zakażone wirusami - naturalna cytotoksyczność.

https://immuno-onkologia.pl/wp-content/uploads/2017/03/Komórki-NK-wychwytują-komórki-nowotworowe-1.jpg https://diethylstilbestrol.co.uk/natural-killer-cells/

Subpopulacje limfocytów T

d) limfocyty regulatorowe – Treg

regulacja odpowiedzi immunologicznej - tłumienie zbyt nasilonej lub autoreaktywnej odpowiedzi immunologicznej w sposób swoisty lub nieswoisty dla danego antygenu, bez ogólnego upośledzenia odporności.

Subpopulacje limfocytów T

Limfocyty B

•

Średnica 8-20µm, jądro umieszczone ekscentrycznie, dobrze rozwinięta siateczka śródplazmatyczna(synteza przeciwciał)

•

Nie posiadają na powierzchni receptorów immunoglobulinowych

•

Komórki efektorowe odpowiedzi humoralnej

•

Komórki sekrecyjne - wytwarzają przeciwciała (plazmocyty)

https://www.thoughtco.com/thmb/enrFE-bNh7j_1ZLIe5bZsqy9iAw=/768x0/

filters:no_upscale():max_bytes(150000):strip_icc()/GettyImages-1148115022- ccbd50e4c7c84538843920d08543d20d.jpg

Makrofagi

•

pochodzą ze szpiku

•

monocyt - prekursor makrofaga, krążący we krwi

•

duża ruchliwość i zdolność do fagocytozy

•

wielkość 15-20µm

•

Zawierają liczne lizosomy zawierające enzymy hydrolityczne.

funkcja: neutralizacja antygenów, niszczenie sfagocytowanych drobnoustrojów przez użycie wolnych rodników tlenowych i enzymów lizosomalnych, usuwanie z organizmu zużytych lub

martwych komórek.

występowanie: wątroba (kom. Kupffera), płuca, centralny układ nerwowy (kom. mikrogleju), śledziona, skóra

(6)

Komórki dendrytyczne

✓ pochodzenie szpikowe, ze wspólnej dla monocytów/makrofagów i granulocytów komórki prekursorowej

✓występowanie: zrąb węzłów limfatycznych, skóra, błony śluzowe jamy ustnej

✓komórki Langerhansa – komórki dendrytyczne w skórze

✓ biorą udział w prezentacji antygenu limfocytom pomocniczym (Th)

✓ charakteryzują się występowaniem różnej długości wypustek cytoplazmatycznych

✓ niedojrzałe formy posiadają silne właściwości fagocytarne, które później tracą.

https://docplayer.pl/docs-images/

63/48860275/images/1-4.jpg

Granulocyty

✓powstają w szpiku

✓wraz z limfocytami i makrofagami biorą udział w fazie efektorowej odpowiedzi immunologicznej.

✓3 rodzaje granulocytów pełniące odmienne role w reakcjach immunologicznych:

1. obojętnochłonne (neutrofile) Stanowią pierwszą linię obrony i pierwsze pojawiają się na miejscu uszkodzenia tkanek, niezależnie od tego, czy było ono spowodowane inwazją drobnoustrojów, czy innymi czynnikami. Giną kilka godzin po fagocytozie .Zakażenie bakteryjne powoduje stymulację szpiku kostnego i zwiększone uwalnianie neutrofili .

2. kwasochłonne (eozynofile) biorą udział w neutralizacji mediatorów wytwarzanych przez bazofile oraz odgrywają rolę obronną podczas niektórych infekcji pasożytniczych. Ich liczba zwiększa się w zapaleniach przewlekłych oraz w początkowym okresie alergii (histaminaza w ziarnistościach).

✓3. zasadochłonne (bazofile) wydzielają: histaminę, heparynę, serotoninę - substancje te wzmagają odpowiedź immunologiczną, biorą udział w schorzeniach alergicznych i autoimmunologicznych.

Gołąb J., Jakóbisiak M., Lasek W., Stokłosa T.: Immunologia, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2019 Ptak W.Ptak M., Szczepanik M.: Podstawy immunologii, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2017

Antygen

Antygen posiada właściwości:

Immunogenność: zdolność wytworzenia przeciw sobie swoistej odpowiedzi immunologicznej;

Antygenność: zdolność do swoistego łączenia się z immunoglobulinami i receptorami limfocytów Substancja zdolna do wytworzenia przeciw sobie odpowiedzi

immunologicznej i reagowania z produktami tej odpowiedzi.

https://microbenotes.com/introduction-to-antigen/

ospa prawdziwa variola vera

❑ Chińczycy zaobserwowali ,że celowa ekspozycja człowieka na łagodną formę ospy zabezpiecza przed zachorowaniem.

Metoda ta stosowana była z powodzeniem również w Turcji aż do XVIII w

❑ Lady Mary Wortley, żona ambasadora GB w Turcji , która przeżyła ospę, po powrocie do Anglii zaczęła propagować tą ideę.

ODPORNOŚĆ

Lady Mary Wortley Montagu

(7)

Angielski lekarz Edward Jenner, (1798) – sztuczna indukcja odporności u młodego zdrowego chłopca- antygen wirusa krowiej ospy podobny do ospy prawdziwej

Naturalna Nabyta (wrodzona, fizjologiczna, nieswoista) (swoista)

naturalnie biernie czynnie

a) w sposób naturalny a) w sposób naturalny b) w sposób sztuczny b) w sposób sztuczny

ODPORNOŚĆ

➢

to stan niewrażliwości ustroju, uwarunkowana genetycznie, niezależna od uprzedniej ekspozycji na dany czynnik, ujawnia się w chwili pierwszego zetknięcia się z nim.

➢

natężenie jej jest duże – odporność bezwzględna, nie da się jej przełamać nawet znaczną liczbą drobnoustrojów (np. niewrażliwość na choroby innych gatunków).

Odporność nieswoista (wrodzona)

1. bariery anatomiczne (chemiczne i mechaniczne):

- ciągłość skóry i błon śluzowych - względna suchość powierzchni skóry -duże stężenie soli w wysychającym pocie - kwaśne pH skóry 3,5-5,5

- śluz wydzielany przez drogi oddechowe

- włoski w jamie nosowej, nabłonek migawkowy górnych dróg oddechowych - przeciwbakteryjne właściwości woskowiny usznej

- kwas solny żołądka

- kwasy żółciowe niszczą błonę komórkową drobnoustrojów

Odporność nieswoista (wrodzona)

(8)

1. bariery anatomiczne (chemiczne i mechaniczne)

- łzy- działanie wypłukujące, lizozym powoduje lizę ściany bakterii - spłukujące działanie moczu, pH moczu

- spermina - obecna w spermie hamuje wzrost bakterii gram-dodatnich - pH pochwy i jelit

Kwaśne ph zabija większość patogennych drobnoustrojów, co ułatwia wzrost bakterii niepatogennych np. pałeczki kwasu mlekowego w pochwie i jelitach.

Odporność nieswoista (wrodzona)

2. czynniki fizjologiczne:

- temperatura ciała (w temp.ok. 37 st.C słabo rosną mikroorganizmy)

- ciśnienie tlenu (wysokie w płucach hamuje wzrost beztlenowców)

- równowaga hormonalna

Odporność nieswoista (wrodzona)

3.komórki biorące udział w odporności wrodzonej:

✓ fagocyty = komórki żerne ; (a) granulocyty - żyją krótko

(b) makrofagi - w tkankach żyją tygodniami, pochłaniają i niszczą bakterie

✓ komórki NK (naturalni zabójcy),

stanowią 10-15% limfocytów we krwi obwodowej i 1-2% w śledzionie.

Są cytotoksyczne wobec komórek nowotworowych.

✓ subpopulacja limfocytów T

✓ komórki dendrytyczne (są zlokalizowane w skórze i tkance łącznej większości narządów)

Odporność nieswoista ( wrodzona)

4. Dopełniacz –- układ dopełniacza

- złożony z ponad 20 białek, w surowicy krwi zdrowego człowieka występuje w małym stężeniu i formie nieaktywnej.

- uczestniczy w humoralnych reakcjach obronnych organizmu.

jego działanie polega na aktywacji kaskady enzymatycznej.

- końcowy produkt aktywacji układu dopełniacza jest określany jako kompleks atakujący błonę - doprowadza to do lizy komórki.

Do głównych zadań układu dopełniacza należą:

✓ liza komórek bakteryjnych i niektórych wirusów;

✓ opsonizacja bakterii, wirusów, grzybów i pasożytów;

Odporność nieswoista (wrodzona)

(9)

BIERNA :

- naturalna (matczyne przeciwciała) - sztuczna (po podaniu surowicy) CZYNNA :

- naturalna (po przebyciu zakażenia) - sztuczna (po podaniu szczepionki)

Powstaje w wyniku kontaktu z czynnikiem szkodliwym, rozwija się w ciągu całego życia. Jest cechą osobniczą, uzyskaną w ciągu życia płodowego lub po urodzeniu.

Odporność swoista (nabyta)

(1) Odporność bierna naturalna:

• przeciwciała matki przechodzą do płodu przez łożysko

• u noworodków z mlekiem matki

• przez przewód pokarmowy - błona jelit przepuszczalna dla przeciwciał

(2) Odporność bierna sztuczna:

• podanie surowicy zawierającej przeciwciała wytworzone przez innego osobnika (homologiczne lub heterologiczne).

• w praktyce podawane są surowice: przeciwtężcowe, przeciwbłonicze,

• oporność krótkotrwała, gdyż przeciwciała (jako obce białka) są stosunkowo szybko usuwane z organizmu

Odporność swoista (nabyta)

https://sites.google.com/site/

immunologicalmemoryinfo/active- immunity-1

Odporność czynna naturalna- powstaje po przebyciu choroby zakaźnej lub częstych zakażeń bezobjawowych, charakteryzuje się dużą trwałością , po przebyciu niektórych chorób zakaźnych (ospa, odra, płonica) odporność utrzymuje się do końca życia.

Odporność czynna sztuczna – szczepionki mogące zawierać:

• zarazek żywy o małej zjadliwości,

• zarazek zabity,

• metabolity bakterii,

• wyciąg z komórki bakteryjnej

• mieszaniny zarazka i surowicy

Odporność swoista (nabyta)

https://dzidziusiowo.pl/niemowlak/szczepienia/711-kalendarz-szczepien-0-3-lat https://www.superkid.pl/uploads/clip/choroba.jpg

1) Humoralną (związaną z limfocytami B i produkowanymi przez nie przeciwciałami)

2) Komórkową (związaną z limfocytami T)

Odporność swoista (nabyta)

(10)

1) kompetencje do odpowiedzi uzyskują

w szpiku kostnym

1) u ptaków odpowiednik szpiku – torebka Fabrycjusz (Bursa Fabrici ) 1) plazmocyty są końcowym stadium różnicowania limfocytów B 1) biorą udział w reakcjach

odpornościowych typu humoralnego 1) odpowiedź humoralna polega na rozpoznawaniu i neutralizacji antygenów przy udziale przeciwciał

Odpowiedź humoralna

limfocyty B

wydzielone przeciwciała

patogen

Odpowiedź humoralna

Limfocyty B:

Immunoglobuliny = przeciwciała

✓ Grupa białek surowicy powstająca pod wpływem działania antygenu mających zdolność swoistego łączenia się z nim.

✓ Ich synteza zachodzi w wyspecjalizowanych limfocytach B i komórkach plazmatycznych.

✓ Mogą pełnić różne funkcje:

- zlepiającą - aglutyniny

- wytrącającą białka rozpuszczalne - precypityny - uszkadzające komórki - cytotoksyny

- ułatwiające fagocytozę - opsoniny

✓ 10-100 mln przeciwciał!

Immunoglobuliny = przeciwciała

Skład:

▪ 2 łańcuchy polipeptydowe lekkie L (light)

▪ 2 łańcuchy polipeptydowe ciężkie H (heavy) łańcuch

lekki łańcuch

lekki

łańcuch ciężki

Łańcuchy L i H składają się z 2 funkcjonalnych części :

- cześć zmienna V (variable), odpowiedzialnej za wiązanie antygenów - cześć stała C (constant) odpowiedzialne za tworzenie komplementu

część zmienna V

Reakcja: antygen - przeciwciało

antygen Cząstki wchodzące przeciwciało

w reakcje

Każdy limfocyt ma na swojej powierzchni unikatowy receptor mogący rozpoznawać antygen.

(11)

Immunoglobuliny = przeciwciała

❑ najważniejsze cząstki układu immunologicznego

❑ produkowane przez plazmocyty biorą udział w odpowiedzi typu humoralnego

❑ należą do frakcji gamma-globulin osocza (Ig)

❑ klasy immunoglobulin człowieka:

IgG, IgA, IgM, IgD, IgE,

❑ człowiek wytwarza najwięcej IgA, ale jest jej najmniej w osoczu ( wytwarzana miejscowo w błonach śluzowych)

IMMUNGLOBULIA

Pełnione funkcje

IgG

- infekcje bakteryjne i wirusowe

- bierna odporność noworodków, przenika przez łożysko - wzmaga proces fagocytozy

IgM

- postać pentameru

-10 miejsc wiążących antygen

- pierwsza Ig produkowana w życiu płodowym

IgA

-na powierzchni błon śluzowych - wiązanie antygenów wirusowych

-najważniejsze Ig w mleku matek karmiących - łzy, ślina, pot, przewód pokarmowy i oddechowy

IgD

- indukuje dojrzewanie przeciwciał

IgE

- uczestniczy w reakcjach alergicznych

- indukuje uwalnianie histaminy przez Komórki tuczne (mastocyty )

Immunoglobuliny

- kompetencje do odpowiedzi uzyskują w grasicy

- nazwa pochodzi od pierwszej litery Thymus = grasica

- biorą udział w reakcjach

odpornościowych typu komórkowego - odpowiedź komórkowa polega na

rozpoznawaniu i neutralizacji antygenów za pośrednictwem komórek

(limfocytów T, makrofagów) - za pomocą swoistych receptorów

uczulone ( aktywowane) T rozpoznają antygeny drobnoustrojów

Limfocyty T:

odpowiedź komórkowa

limfocyty Th helper

patogen (wirusy)

Kom.

prezentująca antygen

Cytokiny

Rozpad zainfekowanej

komórki

Odpowiedź komórkowa Obróbka antygenu dla MHC klasy II

obce białko

endosom

lizosom

Fagolizosom

szorstkie ER

aparat Golgiego

Prezentacja antygenu na błonie

białko MHC

(12)

- cząsteczki MHC są glikoproteinami.

- antygeny zgodności tkankowej prezentują obce antygeny własnym limfocytom T - MHC obejmuje bardzo wiele genów odznaczających się dużym polimorfizmem - MHC u człowieka nazwano kompleksem HLA (Human Leukocyte Antigens) Cząsteczki MHC klasy I Cząsteczki MHC klasy II

Główny układ zgodności tkankowej

(MHC- major histocompatibility complex )

• występują na powierzchni wszystkich komórek jądrzastych,

• występują głównie na limfocytach B, na makrofagach, komórkach dendrytycznych Langerhansa, kom. nabłonkowych grasicy

• w wyniku aktywacji lub oddziaływania niektórych cytokin mogą pojawić się także na komórkach śródbłonka, nabłonka jelitowego, fibroblastach, pobudzonych limfocytach T

(HLA-DR, HLA-DQ, HLA-DP) ( HLA-A, HLA-B, HLA-C)

Choroby autoimmunologiczne - grupa chorób w patogenezie których układ immunologiczny osoby chorej niszczy własne komórki i tkanki.

Choroby autoimmunologiczne

Przykłady chorób autoimmunologicznych

• bielactwo (niszczone są melanocyty w skórze)

• stwardnienie rozsiane (demielinizacja włókien nerwowych - błędne rozpoznawanie osłonek mielinowych przez limfocyty jako obce tkanki)

• wrzodziejące zapalenie jelita grubego (śluzówka jelita grubego)

• toczeń rumieniowaty układowy

• choroba Leśniowskiego-Crohna (śluzówka jelita cieńkiego i grubego)

• reumatoidalne zapalenie stawów