Elementy układu odpornościowego

Człowiek, tak jak wszystkie organizmy, narażony jest na działanie różnorodnych biologicznych czynników chorobotwórczych (bakterii, wirusów, grzybów czy pierwotniaków).

Powłoki i wydzieliny ciała chronią organizm przed patogenami. Jeśli te bariery zawiodą, uruchamiane są reakcje odpornościowe. Zachodzą one dzięki komórkom i narządom układu odpornościowego, a także białkom osocza, takim jak przeciwciała.

Budowa układu odpornościowego 

Układ odpornościowy (immunologiczny) to całość mechanizmów i struktur organizmu, które rozpoznają i eliminują zagrożenia — zarówno pochodzące z zewnątrz (np. patogeny), jak i z wnętrza organizmu, takie jak komórki uszkodzone, starzejące się czy nowotworowe.  Jego ważną częścią jest układ limfatyczny. 

Układ odpornościowy ma strukturę hierarchiczną i obejmuje:

• tkanki i narządy układu limfatycznego,

• komórki odpornościowe,

• cząsteczki uczestniczące w reakcjach odpornościowych.

Narządy i tkanki układu odpornościowego

Do narządów i tkanek układu odpornościowego należą:

• czerwony szpik kostny- jest miejscem powstawania granulocytów (neutrofili, eozynofilii, bazofili) oraz limfocytów. Ponadto tuż po narodzinach są w nim produkowane monocyty.

• grasica - jest miejscem dojrzewania limfocytów Tlimfocyty Tlimfocytów T. Proces ten polega na utworzeniu się na ich powierzchni charakterystycznych receptorów, które rozpoznają antygenyantygenyantygeny.

• śledziona - magazynowane są w niej limfocyty Blimfocyty Tlimfocyty B i T. Jest miejscem niszczenia zużytych krwinek czerwonych i płytek krwi.

• węzły limfatyczne - ich główna funkcja polega na filtracji limfy (chłonki), dzięki czemu zatrzymują patogeny. Tutaj namnażają się także limfocyty B i T oraz znajdują się przeciwciałaprzeciwciała (immunoglobuliny)przeciwciała.

• migdałki - są skupiskiem tkanki limfatycznej, w której namnażają się różne komórki odpornościowe. Ich główną rolą jest ochrona przed patogenami wdychanymi wraz z powietrzem lub przenoszonych drogą pokarmową. 

• grudki limfatyczne - niewielkie skupiska tkanki limfatycznej rozsiane po całym ciele. Są miejscem namnażania się i aktywacji limfocytów T i B. Duże skupisko grudek limfatycznych występuje w jelitach (kępki Peyera) oraz wyrostku robaczkowym. 

R1DGS68216F47

Grafika przedstawia narządy układu odpornościowego człowieka. Należą do niego: migdałki, węzły chłonne szyjne, węzły chłonne pachowe, czerwony szpik kostny, grasica, śledziona, węzły chłonne trzewne oraz pachwinowe, wyrostek robaczkowy i węzły chłonne podkolanowe.

Komórki układu odpornościowego

Wśród komórek układu odpornościowego wyróżnia się dwie podstawowe grupy: fagocytyfagocytyfagocyty i limfocyty.

Fagocyty (komórki żerne)

Wspólną cechą wszystkich fagocytów jest zdolność do rozpoznawania obcych dla organizmu patogenów lub zmienionych komórek własnych oraz pochłanianie ich i zabijanie na drodze fagocytozy.

Wśród fagocytów wyróżnia się makrofagi, granulocyty obojętnochłonne i kwasochłonne oraz komórki dendrytyczne. 

accordion

• Makrofagi
• Neutrofile (granulocyty obojętnochłonne)
• Eozynofile (granulocyty kwasochłonne)
• Komórki dendrytyczne

Makrofagi10

Są to ogromne komórki powstające z monocytów, po opuszczeniu przez nie naczyń krwionośnych. Fagocytują bakterie, wirusy, martwe komórki i ich pozostałości oraz prezentują antygeny limfocytom. Niektóre makrofagi przemieszczają się do tkanek zaatakowanych przez ciała obce. Inne, osiedlając się w różnych narządach, są gotowe do działania na miejscu w razie ataku przez patogeny.

Należą do komórek prezentujących antygen.

Neutrofile (granulocyty obojętnochłonne)40

Fagocyty te występują w świetle naczyń krwionośnych. W odpowiedzi na infekcje bakteryjne szybko migrują do miejsc zakażenia, przenikają przez ścianę naczyń i docierają w miejsce, gdzie znajdują się patogeny, a następnie je niszczą. Rozpoczynają działanie już w początkowej fazie zapalenia. Stanowią główny składnik ropy, cieczy powstającej w wyniku procesu zapalnego, nadając jej białawożółtawą barwę.

R1TNKHGRL3F1H

Film nawiązujący do treści materiału

Film nawiązujący do treści materiału

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1TNKHGRL3F1H

Film nawiązujący do treści materiału

Eozynofile (granulocyty kwasochłonne)40

Mają zdolność do ruchu pełzakowatego, fagocytozy i wydzielania substancji przeciwbakteryjnych. Przede wszystkim zwalczają pasożyty.

Komórki dendrytyczne40

Komórki te mają liczne rozgałęziające się wypustki, podobne do wypustek komórki nerwowej (dendrytów) – stąd pochodzi ich nazwa. Są to jedne z najważniejszych komórek mających zdolność prezentacji antygenów. Ich główną rolą jest wychwytywanie i przenoszenie antygenu do węzłów chłonnych oraz jego prezentacja limfocytom, które w ten sposób pobudzane są do reakcji immunologicznej. Komórki dendrytyczne występują wszędzie tam, gdzie organizm komunikuje się ze środowiskiem zewnętrznym, np. w nabłonku jamy nosowej.

Limfocyty

Limfocyty są odpowiedzialne za specyficzne rozpoznawanie czynników chorobotwórczych. Warunkują również pamięć immunologicznąpamięć immunologicznapamięć immunologiczną. Niektóre z nich specjalizują się w rozpoznawaniu antygenów i wytwarzaniu przeciwciał, inne mają zdolność do niszczenia patogenów i nietypowych komórek organizmu przez bezpośredni kontakt z nimi i wydzielanie substancji cytotoksycznych.

Limfocyty powstają w szpiku kostnym czerwonym, następnie niektóre z nich wędrują do grasicy, gdzie namnażają się i dojrzewają, pozostałe zaś kontynuują rozwój w szpiku.

RJKfUdTjZYiAT

Zdjęcie przedstawia okrągłe komórki. Przeważają komórki jasnoróżowe. Pomiędzy nimi są okrągłe, fioletowe struktury z niebieską otoczką.

Klasy limfocytów:

Pozostałe komórki układu odpornościowego

Reakcje obronne mogą być wspomagane przez inne komórki odpornościowe, takie jak bazofile (granulocyty zasadochłonne) i komórki tuczne (wyspecjalizowane komórki tkanki łącznej obecne w różnych narządach). Wytwarzają one i uwalniają do układu krążenia różnego rodzaju mediatory, m.in. histaminę, które wpływają na rozwój odpowiedzi immunologicznej. 

Dla zainteresowanych

Pochodzenie komórek układu odpornościowego

RqumpvcduJbtY1

Na schemacie przedstawiono pochodzenie komórek układu odpornościowego. Komórki te pochodzą ze szpiku kostnego. Limfocyty dojrzewają w grasicy lub w szpiku kostnym. Fagocyty trafiają do różnych narządów. Schemat jest następujący: komórki macierzyste krwiotwórcze stają się komórkami macierzystymi linii mieloidalnej. Tu wyróżniamy megakariocyty, które wytwarzają płytki krwi. Z linii mieloidalnej powstają także monocyty, a z nich makrofagi oraz granulocyty, wśród których wyróżnia się neutrofile, eozynofile, bazofile. Z linii mieloidalnej powstają także komórki tuczne. Komórki macierzyste krwiotwórcze dają także początek komórkom dendrytycznym. Wraz z makrofagami, monocytami i neutrofilami należą one do fagocytów trafiających do różnych narządów. Z komórek macierzystych krwiotwórczych rozwijają się także limfocyty. Komórki macierzyste linii limfoidalnej dzielą się na naturalne komórki cytotoksyczne (limfocyty NK) oraz limfocyt B: komórki pamięci, plazmocyty. Komórki macierzyste linii limfoidalnej dają początek limfocytom T. Limfocyty T: komórki pamięci, limfocyty pomocnicze Th, limfocyty cytotoksyczne Tc, limfocyty regulatorowe Treg. Limfocyty dojrzewają w grasicy.

Cząsteczki biorące udział w reakcjach odpornościowych

System powiązań między elementami układu odpornościowego tworzą mediatory odpowiedzi immunologicznej: przeciwciała, białka układu dopełniacza, białka ostrej fazy oraz cytokiny.

Przeciwciała

Przeciwciała (immunoglobuliny, Ig) są białkami z grupy glikoprotein produkowanych przez komórki plazmatyczne, czyli aktywowane limfocyty B. 

Przeciwciała mają zdolność do swoistego rozpoznawania antygenów i łączenia się z nimi. Antygeny związane z przeciwciałami tworzą kompleks antygen‑przeciwciało, który jest rozpoznawany przez niektóre komórki układu odpornościowego i białka układu dopełniaczaukład dopełniaczaukładu dopełniacza

Przeciwciało składa się z czterech łańcuchów polipeptydowych: dwóch ciężkich (H, ang. heavy ) i dwóch lekkich (L, ang. light), połączonych mostkami disiarczkowymi. 

W obrębie łańcuchów lekkich i ciężkich znajdują części zmienne – fragment Fab, o bardzo niestałej sekwencji aminokwasowej, oraz część stała – fragment Fc.

Fragment Fab jest odpowiedzialny za wiązanie się z antygenem. Olbrzymia zmienność sekwencji aminokwasowych fragmentu Fab jest podstawą różnorodności przeciwciał oraz ich specyficzności – jeden rodzaj przeciwciała wiąże się tylko z jednym rodzajem antygenu. 

Fragment Fc umożliwia wiązanie się przeciwciał z receptorami Fc obecnymi na powierzchni niektórych komórek obronnych oraz z białkami układu dopełniacza, gdy przeciwciało jest połączone z antygenem.  Sekwencja aminokwasowa fragmentu Fc jest podstawą wyróżnienia pięciu klas przeciwciał: IgA, IgD, IgE, IgG oraz IgM.

Białka układu dopełniacza

Układ dopełniacza obejmuje ok. 30 białek osocza krwi i płynów ustrojowych, które aktywowane są przez kompleks antygen‑przeciwciało. Układ dopełniacza bierze udział w niszczeniu patogenów i ograniczaniu ich rozprzestrzeniania się wykorzystując różne mechanizmy, takie jak: liza komórek, opsonizacja i  stymulacja fagocytozy oraz indukcja stanu zapalnego.

RVKJ2KwXN7p1i

Ilustracja ukazuje układ dopełniacza. Od napisu: Dopełniacz trzy strzałki - w lewo do napisu bakterie, w dół do napisu fagocyty oraz w prawo do napisu: bakterie. Bakterie zaznaczono jako kilka czarnych kropek, fagocyty jako zieloną plamę. Od bakterii znajdujących się po lewej stronie strzałka w dół do napisu: liza bakterii. Tu obrazek ciemnych drobnych plamek - bakterie uległy rozpadowi. Przy bakteriach po prawej stronie strzałka w dół do napisu: opsonizacja bakterii. Na obrazku są czarne kropki z czerwonymi wypustkami dookoła. Pod fagocytami strzałka w dół do napisu: chemotaksja fagocytów. Na obrazku jest zielona plama. Od chemotaksji fagocytów i opsonizacji bakterii strzałka do fagocytu, do którego wnika czarna kropka z czerwonymi wypustkami. Proces ten nazywa się opsonofagocytozą.

Białka dopełniacza stymulują również wydzielanie przez niektóre komórki odpornościowe cząsteczek regulujących przebieg procesów odpornościowych, np. cytokin.

Białka ostrej fazy

Ostre infekcje bakteryjne lub wirusowe, zranienie, oparzenie, a także np. niedokrwienie tkanek, powodują uwolnienie do osocza dużych ilości białek ostrej fazy.

Do białek ostrej fazy należą głównie glikoproteiny produkowane przez wątrobę, m.in. białko C‑reaktywne (CRP). Induktorami ich wzmożonej produkcji są cytokinyuwalniane przez fagocyty w trakcie natychmiastowej reakcji odpornościowej.

RX5JDTy0E3BB5

Ilustracja przedstawia małe czerwone, szare i czarne kulki zbite w kształt przypominający pięcioramienną gwiazdę z otworem w środku.

Sposoby działania białek ostrej fazy są różne i obejmują m.in. hamowanie namnażania się drobnoustrojów, ułatwienie ich fagocytozy i aktywację układu dopełniacza.

Cytokiny

Cytokiny to białka lub peptydy uwalniane przez aktywowane komórki układu odpornościowego i różnych tkanek organizmu. Pełnią funkcję mediatorów regulujących typ i nasilenie odpowiedzi immunologicznej, poprzez wpływ na namnażanie i aktywność komórek odpornościowych.  Do cytokin zalicza się m.in. chemokiny, interleukiny, interferony i czynnik martwicy nowotworów (TNF).

Antygeny zgodności tkankowej

Ważnym elementem układ odpornościowego jest główny układ zgodności tkankowej (ang. major histocompatibility complex, MHC). Jest to zespół antygenów znajdujących się na powierzchni komórek, które w reakcjach obronnych pełnią dwie główne funkcje: 

• rozróżniania komórek własnych od obcych,

• inicjowania odpowiedzi immunologicznej swoistej, poprzez prezentację antygenuprezentacja antygenuprezentację antygenu komórkom odpornościowym.

W reakcjach odpornościowych uczestniczą dwie klasy cząsteczek MHC:

• cząsteczki MHC klasy I,

• cząsteczki MHC klasy II.

MHC klasy I występują na wszystkich jądrzastych komórkach organizmu i prezentują antygeny limfocytom Tc pochodzące z wnętrza komórki (np. białek wirusów, które wniknęły do komórek, lub białek nowotworowych). 

MHC klasy II występują na tzw. komórkach prezentujących antygen (limfocyty B. makrofagi, komórki dendrytyczne) i prezentują limfocytom Th antygeny pozakomórkowe (np. z sfagocytowanych patogenów).

Cząsteczki MHC klasy I i II chociaż różnią się szczegółowym planem budowy, składają się z dwóch, połączonych ze sobą łańcuchów peptydowych: łańcucha αalfa oraz łańcucha βbeta. Każdy z łańcuchów ma domeny zewnątrzkomórkowe posiadające miejsce przyczepu dla antygenów, które prezentowane są limfocytom Tc lub Th. Jeśli prezentowany antygen zostanie rozpoznany jako obcy, następuje aktywacja odpowiedniego typu limfocytów T, co uruchamia odpowiedź immunologiczną swoistą.

Podsumowanie

• Główny układ zgodności tkankowej (MHC) to zespół białek odpowiedzialnych za prezentację antygenów limfocytom T. 
  - MHC klasy I - występują na wszystkich jądrzastych komórkach organizmu.; uczestniczą w jego obronie przede wszystkim przed wirusami i rozwojem komórek nowotworowych. 
  - MHC klasy II - występują na komórkach prezentujących antygen: limfocytach B, komórkach dendrytycznych i makrofagach; antygeny te pochodzą z substancji, które zostały wchłonięte przez te komórki.

• Narządy układu odpornościowego:
  - czerwony szpik kostny – miejsce powstawania granulocytów i limfocytów.
  - grasica – narząd dojrzewania limfocytów T.
  - śledziona – aktywowane są tu limfocyty i komórki prezentujące antygen.
  - węzły chłonne – miejsca kontaktu antygenów z limfocytami T i B; zachodzi tu ich aktywacja i namnażanie, znajdują się tu także przeciwciała.
  - migdałki – chronią przed patogenami wnikającymi przez drogi oddechowe i pokarmowe.

• Komórki układu odpornościowego to komórki fagocytujące i limfocyty.

• Do komórek fagocytujących należą makrofagi, neutrofile, eozynofile, bazofile, komórki dendrytyczne. 
  - Makrofagi – fagocytują bakterie, wirusy, martwe komórki i ich pozostałości oraz prezentują antygeny limfocytom.
  - Neutrofile – w odpowiedzi na infekcje bakteryjne szybko migrują do miejsc zakażenia, przenikają przez ścianę naczyń i docierają w miejsce, gdzie znajdują się patogeny, a następnie je niszczą.
  - Eozynofile – zwalczanie pasożytów, udział w reakcjach alergicznych.
  - Bazofile – uwalniają heparynę i histaminę, biorą udział w reakcjach alergicznych.
  - Komórki dendrytyczne - ich główną rolą jest wychwytywanie i przenoszenie antygenu do węzłów chłonnych oraz jego prezentacja limfocytom.

• Limfocyty B – po aktywacji przekształcają się w komórki pamięci immunologicznej i komórki plazmatyczne, które produkują przeciwciała. Limfocyty B należą do komórek prezentujących antygen.

• Limfocyty T dzieli się na:
  – Th (pomocnicze) - wspomagają odpowiedź immunologiczną,
  - Tc (cytotoksyczne) - niszczą zakażone komórki,
  - Treg (regulatorowe) - hamują nadmierną odpowiedź.

• Komórki NK – niszczą komórki nowotworowe i zakażone wirusami.

• Mediatory odpowiedzi immunologicznej
  - Przeciwciała (immunoglobuliny, Ig) – neutralizują patogeny i ułatwiają ich niszczenie; występuje 5 klas immunoglobulin; po połączeniu z antygenem tworzą układ antygen‑przeciwciało, który jest rozpoznawany przez limfocyty Tc i układ dopełniacza.
  - układ dopełniacza - zespół białek osocza wspierających niszczenie patogenów przez lizę, opsonizację, fagocytozę i powstanie stanu zapalnego.
  - Cytokiny – białka regulujące komunikację między komórkami (np. interleukiny, interferony).
  - białka ostrej fazy - biorą udział w opsonizacji (opłaszczaniu) bakterii, co ułatwia ich fagocytozę przez komórki żerne podczas eliminacji zakażenia.
  - cytokiny – mediatory regulujące typ i nasilenie odpowiedzi immunologicznej, hamują namnażanie wirusów i aktywują komórki odpornościowe.

Ćwiczenia utrwalające