Obronność organizmu

Organizm człowieka dysponuje rozbudowanym systemem ochrony przed czynnikami chorobotwórczymi. Jego działanie można porównać do wielowarstwowej tarczy, w której każda warstwa pełni odmienną funkcję i reaguje na zagrożenia w inny sposób. Pierwszą barierę stanowią bariery mechaniczne organizmu, takie jak skóra, nabłonek i wydzieliny ciała, zapobiegające przedostawaniu się drobnoustrojów do wnętrza ciała. Gdy jednak zostaną one przełamane, do akcji wkraczają mechanizmy obronne działające już wewnątrz organizmu, zdolne do wykrywania i niszczenia patogenów lub zmienionych nowotworowo komórek. Ostatnia linia obrony to procesy, które angażują wyspecjalizowane komórki i białka potrafiące precyzyjnie rozpoznawać zagrożenia i reagować na nie z dużą skutecznością. Współdziałanie tych trzech poziomów ochrony sprawia, że organizm może skutecznie bronić się przed infekcjami i utrzymywać równowagę wewnętrzną.

Rodzaje odporności

Organizm człowieka broni się przed antygenami dzięki dwóm rodzajom odporności: wrodzonej i nabytej.

Odporność wrodzona (nieswoista)

Odporność wrodzona to pierwsza linia obrony przeciwko czynnikom chorobotwórczym. Jest ona natychmiastowa i nieswoista, czyli nie jest nacelowana na konkretny rodzaj patogenów, ale rozpoznaje ich cechy wspólne.

Do elementów odporności wrodzonej należą: bariery fizyczne i chemiczne organizmu, niektóre komórki odpornościowe oraz niektóre mechanizmy humoralne. Nieswoistą i wrodzoną reakcją obronną organizmu na działanie patogenów lub urazów mechanicznych jest również stan zapalny.

Stan zapalny

Stan zapalny rozwija się w organizmie natychmiast, gdy tylko komórki układu odpornościowego rozpoznają zagrożenie. Zachodzi przed uruchomieniem znacznie dłużej trwających mechanizmów odpowiedzi swoistej. 

Przyczyną stanu zapalnego mogą być czynniki biologiczne (np. patogeny i alergeny), fizyczne (np. oparzenia, odmrożenia) i chemiczne (np. kwasy, trucizny).

R1QFuQYikPcAy

Zdjęcie przedstawia opuchniętą stopę. Na powierzchni skóry są czerwone plamy.

Stan zapalny przebiega według stałego wzoru, obejmującego: rozszerzenie naczyń krwionośnych, zwiększenie ich przepuszczalności, napływ komórek odpornościowych do miejsca uszkodzenia oraz uruchomienie mechanizmów prowadzących do usunięcia czynnika szkodliwego i rozpoczęcia procesu gojenia. 

Zranienie lub zakażenie

Zranienie lub zakażenie

Występujące w tkankach mających kontakt ze środowiskiem zewnętrznym leukocyty, makrofagi i komórki tuczne produkują cząsteczki przekaźnikowe – cytokiny, które wraz z krwią roznoszą po całym organizmie sygnały alarmujące. W miejscu zranienia komórki tuczne i napływające bazofile uwalniają histaminę, która działa na najbliższe naczynia krwionośne.

R1VCLDNRVTNOM

Ilustracja interaktywna przedstawia moment zranienia. Na powierzchni skóry - w naskórku - jest przerwa, która przedstawia ranę. Po lewej i prawej stronie zranienia są zielone, pałeczkowate struktury. To patogeny, na przykład bakterie. Bakterie wnikają do skóry właściwej. Tam po ich prawej stronie jest obrazek makrofaga. Przypomina kształtem fioletową plamę. W jego środku są dwie jasnozielone pałeczki i owalna ciemnofioletowa struktura. Od makrofaga jest przerywana strzałka w dół, która rozdziela się na trzy strzałki. Po obu stronach tych strzałek są okrągłe niebieskie małe kulki - to ścieżka sygnalizacyjna cytokin. Strzałki z kulkami biegną w dół w kierunku naczynia krwionośnego w skórze i przenikają do środka naczynia. To inicjacja naprawy tkanek. Ścieżka sygnalizacyjna cytokin biegnie także w kierunku neutrofila, który przeniknął przez ścianę naczynia krwionośnego i kieruje się ku górze - w kierunku rany. Neutrofil ma kształt zbliżony do koła. Jest jasnobrązowy, ma w środku ciemnobrązowy element. Od neutrofila, który przeniknął poza naczynie krwionośne, biegną trzy przerywane strzałki w kierunku patogenów - zielonych pałeczek. Nad naczyniem krwionośnym po lewej stronie jest okrągła czerwona struktura z czerwonymi kulkami w środku i owalnym elementem. To komórka tuczna - mastocyt. Prowadzą od niej trzy przerywane czerwone strzałki w dół w kierunku ściany naczynia krwionośnego. Po lewej stronie ilustracji pod naskórkiem w pobliżu rany jest skupisko podłużnych brązowych komórek ułożonych poziomo - to płytki krwi. Płytki krwi ustawiają się pionowo w dolnej części rany pod naskórkiem, po lewej stronie schematu.

Ilustracja interaktywna przedstawia moment zranienia. Na powierzchni skóry - w naskórku - jest przerwa, która przedstawia ranę. Po lewej i prawej stronie zranienia są zielone, pałeczkowate struktury. To patogeny, na przykład bakterie. Bakterie wnikają do skóry właściwej. Tam po ich prawej stronie jest obrazek makrofaga. Przypomina kształtem fioletową plamę. W jego środku są dwie jasnozielone pałeczki i owalna ciemnofioletowa struktura. Od makrofaga jest przerywana strzałka w dół, która rozdziela się na trzy strzałki. Po obu stronach tych strzałek są okrągłe niebieskie małe kulki - to ścieżka sygnalizacyjna cytokin. Strzałki z kulkami biegną w dół w kierunku naczynia krwionośnego w skórze i przenikają do środka naczynia. To inicjacja naprawy tkanek. Ścieżka sygnalizacyjna cytokin biegnie także w kierunku neutrofila, który przeniknął przez ścianę naczynia krwionośnego i kieruje się ku górze - w kierunku rany. Neutrofil ma kształt zbliżony do koła. Jest jasnobrązowy, ma w środku ciemnobrązowy element. Od neutrofila, który przeniknął poza naczynie krwionośne, biegną trzy przerywane strzałki w kierunku patogenów - zielonych pałeczek. Nad naczyniem krwionośnym po lewej stronie jest okrągła czerwona struktura z czerwonymi kulkami w środku i owalnym elementem. To komórka tuczna - mastocyt. Prowadzą od niej trzy przerywane czerwone strzałki w dół w kierunku ściany naczynia krwionośnego. Po lewej stronie ilustracji pod naskórkiem w pobliżu rany jest skupisko podłużnych brązowych komórek ułożonych poziomo - to płytki krwi. Płytki krwi ustawiają się pionowo w dolnej części rany pod naskórkiem, po lewej stronie schematu.

Zwiększenie przepływu krwi i wzrost przepuszczalności naczyń włosowatych

Zwiększenie przepływu krwi i wzrost przepuszczalności naczyń włosowatych

Naczynia krwionośne rozszerzają się, wzrasta również przepuszczalność naczyń włosowatych. Zwiększony dopływ krwi powoduje czerwone zabarwienie skóry i uczucie ciepła w rejonie uszkodzenia tkanki. Wzrost przepuszczalności ścian naczyń włosowatych sprawia, że większa ilość płynu opuszcza krew i przedostaje się do tkanek. Gromadzący się płyn tworzy obrzęk uszkodzonej tkanki. Obrzęk, a także obecność substancji uwalnianych przez uszkodzone komórki, powoduje charakterystyczny dla stanu zapalnego ból. Jest on wynikiem stymulacji zakończeń nerwowych.
Zwiększony dopływ krwi dostarcza do miejsca infekcji znaczną liczbę napływających komórek fagocytujących (neutrofile i makrofagi), niektórych białek oraz mediatorów reakcji zapalnej – np. białek układu dopełniacza i białek ostrej fazy.

RJrJ4lOQE6Fi6

Ilustracja przedstawia zwiększenie przepływu krwi i wzrost przepuszczalności naczyń włosowatych. Na powierzchni skóry - w naskórku - jest przerwa, która przedstawia ranę. Po lewej i prawej stronie zranienia są zielone, pałeczkowate struktury. To patogeny, na przykład bakterie. Bakterie wnikają do skóry właściwej. Tam po ich prawej stronie jest obrazek makrofaga. Przypomina kształtem fioletową plamę. W jego środku jest jedna zielona pałeczka i owalna fioletowa struktura. Po lewej stronie od makrofaga pod raną są fagocyty, które przenikają z naczynia krwionośnego do skóry. Kierują się ku ranie. Fagocyty zaczynają otaczać patogeny. W pobliżu fagocytów są niebieskie kuleczki - to chemokiny. W ścianie naczynia krwionośnego pomiędzy komórkami są przerwy. Z przerwy biegnie ku górze strzałka - w kierunku fagocytów i chemokin - z napisem: płyn.

Migracja fagocytów i fagocytoza

Migracja fagocytów i fagocytoza

Pobliskie komórki śródbłonka naczyń krwionośnych wydzielają chemokiny, czyli mediatory, które przyciągają komórki fagocytujące (neutrofile, makrofagi i komórki dendrytyczne). Rozpoczyna się fagocytoza i niszczenie mikroorganizmów, ułatwione przez opsonizację aktywowanymi białkami dopełniacza. Płyn zawierający leukocyty, martwe mikroorganizmy i uszkodzone komórki przybiera postać żółto‑zielonej ropy. Czasami niektóre mediatory reakcji zapalnej przekazują informację o toczącym się procesie zapalnym do ośrodka termoregulacji w mózgu, co objawia się gorączką, sennością i ogólnym osłabieniem.

RhQd4BMPYY3Gb

Ilustracja przedstawia migrację fagocytów i fagocytozę. Na powierzchni skóry - w naskórku - jest zasklepiająca się przerwa - to rana. Jest czerwona, wypukła. Po lewej i prawej stronie zranienia są zielone, pałeczkowate struktury. To patogeny, na przykład bakterie. Bakterie wnikają do skóry właściwej. Tam po ich prawej stronie jest obrazek makrofaga. Przypomina kształtem fioletową plamę. W jego środku jest jedna zielona pałeczka i owalna fioletowa struktura. Po lewej stronie od makrofaga pod raną są fagocyty, które przenikają z naczynia krwionośnego do skóry. Kierują się ku ranie. Fagocyty zaczynają otaczać patogeny, które wnikają do fagocytów. W pobliżu fagocytów są niebieskie kuleczki - to chemokiny.

Zakończenie reakcji zapalnej

Zakończenie reakcji zapalnej

Neutrofile i makrofagi fagocytują patogeny i martwe komórki. Czyszczą w ten sposób miejsce infekcji. Jeśli czynnik zapalny zostanie usunięty, zapalenie wygasa – nie odbywa się dalsza aktywacja leukocytów. Nieuszkodzone komórki tworzą nową tkankę i zastępują martwą. Jedne tkanki regenerują się łatwo, np. tkanki skóry czy tkanka mięśniowa szkieletowa. Inne – jak tkanka mięśnia sercowego lub tkanka nerwowa – nie mają zdolności do regeneracji.

R10CSHfFqdHbG

Na ilustracji jest ostatni etap reakcji zapalnej. W naskórku rana jest zasklepiona. Jest czerwona, płaska. Pod naskórkiem jest pięć fagocytów, ustawionych dookoła pałeczkowatych, zielonych bakterii. Niektóre pałeczki wniknęły do fagocytów. Moment otaczania pałeczki przez fagocyt opisano jako fagocytozę. W dolnej części ilustracji jest naczynie krwionośne biegnące poziomo z erytrocytami i fagocytem.

Odporność nabyta (swoista)

Rqz0h8nXF3uSa1

Zdjęcie przedstawia strzykawkę z igłą wypełnioną zielonym płynem.

Odporność nabyta powstaje w trakcie życia osobniczego. Wykształca się po bezpośrednim kontakcie z określonymi patogenami, dlatego jest specyficzna. Mechanizmy odporności swoistej są zawsze skierowane przeciwko konkretnym czynnikom chorobotwórczym. Zostają uruchomione wtedy, gdy zawiodą mechanizmy odporności wrodzonej. Ich uruchomienie wymaga pewnego czasu.

W odporności swoistej biorą udział limfocyty T oraz limfocyty B.

Odporność nabyta czynna i bierna

Odporność swoistą człowiek rozwija przez całe życie, a uzyskuje ją w sposób czynny lub bierny. 

Odporność czynna jest samodzielnie wytwarzana przez organizm, natomiast odporność bierna wykształca się po wprowadzeniu do organizmu gotowych przeciwciał, które są skierowane przeciw konkretnym antygenom. Oba rodzaje odporności można nabyć w sposób naturalny bądź sztuczny. 

R6vtCepXgYaHP

Zdjęcie przedstawia dziecko chore na ospę wietrzną z charakterystycznymi krostkami na twarzy. Krosty są czerwone.

R8C3KwjrOFhfD

Zdjęcie przedstawia podanie szczepionki w ramię.

Rz5GGPcvid2Yd

Zdjęcie przedstawia niemowlę karmione piersią.

RI1mGNo7WTmGx

Zdjęcie przedstawia strzykawkę z igłą oraz małe szklane butelki z surowicą. W butelkach znajduje się niebieski, zielony, jasnozielony i czerwony płyn.

Mechanizmy odpowiedzi immunologicznej nabytej

Odpowiedź immunologiczna nabyta polega na reakcji limfocytów na rozpoznane antygeny, zarówno własne, jak i obce. W oparciu o mechanizmy leżące u jej podstaw wyróżnia się dwa główne rodzaje tej odpowiedzi: komórkową i humoralną. Mimo różnego działania oba mechanizmy współdziałają ze sobą w obronie organizmu.

Ciekawostka

6,6

R1ZkyLqni0KPW

Ilustracja przedstawia średniowieczny fresk ukazujący spotkanie ojców teorii humoralnej – Hipokratesa i Galena. Siedzą naprzeciwko siebie. Mają długie białe włosy i długie białe brody. Mężczyzna po prawej stronie gestykuluje. Przy mężczyznach są dwie tablice z napisami po łacinie.

Termin „humoralny” ma swoje początki w medycynie starożytnej. U jej podstaw leżało przekonanie o istnieniu płynów ciała (humorów), które przepływają przez organizm, a ich wzajemne stosunki wpływają na zdrowie i temperament. Teoria humorów funkcjonowała przez blisko tysiąc lat i w połowie XIX w. została obalona, jednak z jej elementami można się spotkać w aktualnej terminologii medycznej. Przykładem jest „katar”, którego źródłosłów pochodzi z greki: kata – w dół i rhein – płynąć.

Odpowiedź komórkowa

Odpowiedź komórkowa:

• skierowana jest głównie przeciw patogenom wewnątrzkomórkowym, takim jak wirusy, a także przeciwko komórkom nowotworowym,

• biorą w niej udział limfocyty Th, Tc, komórki prezentujące antygen oraz cząsteczki układu MHC klasy I i II, 

• prowadzi do lizy komórek zainfekowanych lub nowotworowych dzięki wydzielanym przez limfocyty Tc substancjom toksycznym.

W inicjowaniu odporności komórkowej biorą udział głównie makrofagi i komórki dendrytyczne, należące do komórek prezentujących antygen. Po pochłonięciu patogenu przetwarzają go i eksponują jego antygeny na swojej powierzchni w kompleksie z cząsteczkami MHC klasy II. Limfocyty Th rozpoznają te kompleksy i ulegają aktywacji.

Aktywowane limfocyty Th dzielą się i wydzielają cytokiny, które pobudzają limfocyty Tc do niszczenia komórek organizmu zakażonych patogenem. Reakcje te zachodzą, gdy na powierzchni komórek organizmu znajdują obce antygeny, np. wirusowe lub nowotworowe, prezentowane w kompleksie MHC klasy I. Limfocyty Tc wydzielają wówczas perforynyperforynyperforyny - substancje, które niszczą błonę komórkową komórki i umożliwiają wniknięcie granzymgranzymygranzym, czyli substancji powodujących zniszczenie DNA komórki. Martwe komórki są następnie pochłaniane przez makrofagi. 

Część limfocytów Th i Tc przekształca się także w komórki pamięci, które „zapamiętują” patogen i umożliwiają szybszą odpowiedź przy kolejnym zakażeniu. 

Odpowiedź humoralna

Odpowiedź humoralna:

• skierowana jest przeciwko patogenom zewnątrzkomórkowym, np. bakteriom, toksynom i pasożytom znajdującym się w płynach ustrojowych,

• biorą w niej udział limfocyty B, przeciwciała, komórki prezentujące antygen oraz cząsteczki MHC klasy II.

Odpowiedź humoralna rozpoczyna się od pochłonięcia patogenu przez komórkę dendrytyczną lub makrofaga i prezentacji jego antygenów w kompleksie z cząsteczkami MHC klasy II. Antygeny te są następnie rozpoznawane przez limfocyty pomocnicze Th, które po zetknięciu się z nim zaczynają wydzielać specyficzne cytokiny. 

Wolny antygen znajdujący się w płynach ustrojowych jest także rozpoznawany przez limfocyty B dzięki receptorom na ich powierzchni. Limfocyt B pełni zatem funkcje komórki prezentującej antygen. Te limfocyty B, które związały antygen i otrzymały dodatkowy sygnał od limfocytów Th, ulegają podziałom i różnicują się w komórki plazmatyczne produkujących przeciwciała oraz w komórki pamięci.

Przeciwciała, które wiążą się z patogenami neutralizują je, opsonizują lub aktywują układ dopełniacza, co ułatwia ich usuwanie przez fagocyty. Komórki pamięci natomiast, pozostają w organizmie przez wiele lat i zapewniają szybką, silną odpowiedź przy ponownym kontakcie z tym samym antygenem.

Wytworzenie odporności nabytej humoralnej trwa kilka dni. W ciągu 1 sekundy jeden limfocyt jest w stanie uwolnić do osocza 2 tys. jednakowych przeciwciał.

Pierwotna i wtórna odpowiedź immunologiczna

Na podstawie tego, czy organizm styka się z danym antygenem po raz pierwszy czy kolejny wyróżnia się odpowiedź immunologiczną pierwotną oraz odpowiedź immunologiczną wtórną. 

Odpowiedź pierwotna jest reakcją na nowy, nieznany wcześniej antygen. Najważniejsze jej cechy to:

• rozwija się powoli (kilka do kilkunastu dni),

• przeciwciał jest stosunkowo niewiele,

• odpowiedź jest słabsza niż w odpowiedzi wtórnej,

• w jej trakcie powstają komórki pamięci immunologicznej.

Odpowiedź wtórna powstaje po kolejnym kontakcie z antygenem. Odpowiadają za nią komórki pamięci immunologicznej, które „znają” już patogen i są gotowe do błyskawicznej reakcji na niego. Najważniejsze jej cechy to:

• pojawia się szybko,

• produkcja przeciwciał jest dużo intensywniejsza niż w odpowiedzi pierwotnej,

• odpowiedź jest silniejsza i skuteczniejsza,

• patogen jest usuwany wcześniej, zanim zdąży wywołać chorobę (np. po szczepieniu).

Podsumowanie

• Odporność organizmu to zdolność do rozpoznawania, neutralizowania i eliminowania wszelkich szkodliwych oraz do ochrony przed ich szkodliwym działaniem.

• Odporność wrodzona i nabyta

• Odporność czynna i bierna

• Odpowiedź pierwotna i wtórna 

Ćwiczenia utrwalające