Защитные функции, т. е. поддержание гомеостаза при антигенных воздействиях, иммунная система осуществляет с помощью комплекса сложных взаимосвязанных реакций, носящих как специфический, т.е. присущий только иммунной системе, так и неспецифический (общефизиологический) характер. Поэтому все формы иммунного реагирования и факторы защиты организма подразделяют на специфические и неспецифические.

К неспецифическим факторам резистентности относят следующие:

§ механические (кожа и слизистые оболочки);

§ физико-химические (ферменты, реакция среды и др.);

§ ммунобиологическую защиту, осуществляемую нормальными неиммунными клетками (фагоциты, естественные киллеры) и гуморальными компонентами (комплемент, интерферон, некоторые белки крови).

К специфическим факторам защиты относятся следующие формы реагирования иммунной системы:

§ антителообразование;

§ иммунный фагоцитоз и киллерная функция иммунных макрофагов и лимфоцитов;

§ гиперчувствительность немедленного типа (ГНТ);

§ гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ);

§ иммунологическая память;

§ иммунологическая толерантность.

Иногда к формам иммунологического реагирования относят идиотип – антиидиотипическое взаимодействие.

Неспецифические и специфические факторы защиты нельзя рассматривать изолированно, так как они функционируют во взаимодействии, составляя единую целостную систему защиты организма от антигенов (например, возбудителей инфекционных болезней). Однако они могут включаться в процесс защиты не одновременно и не все сразу. В зависимости от характера антигенного воздействия ведущими могут быть или одна, или несколько форм реагирования, некоторые при этом могут не проявляться. В этом заключается многообразие, экономность и эффективность действия иммунной системы. Например, для обезвреживания дифтерийного, столбнячного шиш другого токсина достаточно такой реакции иммунитета, как образование антител, поскольку вырабатываемые антитоксины нейтрализуют токсин; при туберкулезе основное значение имеет киллерная функция Т-лимфоцитов, в противовирусной I защите ведущую роль играет противовирусный белок, вырабатываемый клетками иммунной системы, - - интерферон; в противоопухолевом иммунитете – функция естественных киллеров и т. д.

Факторы неспецифической защиты организма

Механические факторы. Кожа и слизистые оболочки механически препятствуют проникновению микроорганизмов и других антигенов в организм. Последние все же могут попадать в организм при заболеваниях и повреждениях кожи (травмы, ожоги, воспалительные заболевания, укусы насекомых, животных и т. д.), а в некоторых случаях и через нормальную кожу и слизистую оболочку, проникая между клетками или через клетки эпителия (например, вирусы). Механическую защиту осуществляет также реснитчатый эпителий верхних дыхательных путей, так как движение ресничек постоянно удаляет слизь вместе с попавшими в дыхательные пути инородными частицами и микроорганизмами.

Физико-химические факторы. Антимикробными свойствами обладают уксусная, молочная, муравьиная и другие кислоты, выделяемые потовыми и сальными железами кожи; соляная кислота желудочного сока, а также протеолитические и другие ферменты, имеющиеся в жидкостях и тканях организма. Особая роль в антимикробном действии принадлежит ферменту лизоциму. Этот протеолитический фермент, открытый в 1909 г. П. Л. Лащенко и выделенный в 1922 г. А. Флемингом, получил название «мурамидаза», так как разрушает клеточную стенку бактерий и других клеток, вызывая их гибель и способствуя фагоцитозу. Лизоцим вырабатывают макрофаги и нейтрофилы. Содержится он в больших количествах во всех секретах, жидкостях и тканях организма (кровь, слюна, слезы, молоко, кишечная слизь, мозг и т. д.). Снижение уровня фермента приводит к возникновению инфекционных и других воспалительных заболеваний. В настоящее время осуществлен химический синтез лизоцима, и он используется как медицинский препарат для лечения воспалительных заболеваний.

Иммунобиологические факторы. В процессе эволюции сформировался комплекс гуморальных и клеточных факторов неспецифической резистентности, направленных на устранение чужеродных веществ и частиц, попавших в организм.

Гуморальные факторы неспецифической резистентности состоят из разнообразных белков, содержащихся в крови и жидкостях организма. К ним относятся белки системы комплемента, интерферон, трансферрин, р-лизины, белок пропердин, фибронектин и др.

Белки системы комплемента обычно неактивны, но приобретают активность в результате последовательной активации и взаимодействия компонентов комплемента. Интерферон оказывает иммуномодулирующий, пролиферативный эффект и вызывает в клетке, инфицированной вирусом, состояние противовирусной резистентности. р-Лизины вырабатываются тромбоцитами и обладают бактерицидным действием. Трансферрин конкурирует с микроорганизмами за необходимые для них метаболиты, без которых возбудители не могут размножаться. Белок пропердин участвует в активации комплемента и других реакциях. Сывороточные ингибиторы крови, например р-ингибиторы (з-липопротеины), инактивируют многие вирусы в результате неспецифической блокады их поверхности.Отдельные гуморальные факторы (некоторые компоненты комплемента, фибронектин и др.) вместе с антителами взаимодействуют с поверхностью микроорганизмов, способствуя их фагоцитозу, играя роль опсонинов.

Большое значение в неспецифической резистентности имеют клетки, способные к фагоцитозу, а также клетки с цитотокси-ческой активностью, называемые естественными киллерами, или МК-клетками. NK-клетки представляют собой особую популяцию лимфоцитоподобных клеток (большие гранулосодержащие лимфоциты), обладающих цитотоксическим действием против чужеродных клеток (раковых, клеток простейших и клеток, пораженных вирусом). Видимо, NK-клетки осуществляют в организме противоопухолевый надзор. В поддержании резистентности организма имеет большое значение и нормальная микрофлора организма (см. раздел 4.5).

Фагоцитоз

Фагоцитоз (от греч. phago – пожираю и cytos – клетка) -процесс поглощения и переваривания антигенных веществ, в том числе микроорганизмов, клетками мезодермального происхождения – фагоцитами. И. И. Мечников разделил фагоциты на макрофаги и микрофаги. В настоящее время макро- и микрофаги объединены в единую систему макрофагов (СМФ). К этой системе относят тканевые макрофаги – эпителиальные клетки, звездчатые ретикулоэндотелиоциты (клетки Купфера), альвеолярные и перитонеальные макрофаги, находящиеся в альвеолах и полости брюшины, белые отростчатые эпидермоциты кожи (клетки Лангерганса) и др.

Функции макрофагов чрезвычайно разнообразны. Они первые реагируют на чужеродное вещество, являясь специализированными клетками, поглощающими и уничтожающими в организме чужеродные субстанции (отмирающие клетки, раковые клетки, бактерии, вирусы и другие микроорганизмы, антигены, не-метаболизируемые неорганические вещества). Кроме того, макрофаги вырабатывают многие биологически активные вещества – ферменты (в том числе лизоцим, пероксидазу, эстеразу), белки комплемента, иммуномодуляторы типа интерлейкинов. Наличие на поверхности макрофагов рецепторов к иммуноглобулинам (антителам) и комплементу, а также система медиаторов обеспечивают их взаимодействие с Т- и В-лимфоцитами. При этом макрофаги активируют защитные функции Т-лимфоцитов. Благодаря наличию рецепторов к комплементу и иммуноглобулинам, а также антигенов системы гистосовместимости (HLA) макрофаги принимают участие в связывании и распознавании антигенов.

Механизм и стадии фагоцитоза. Одной из основных функций макрофагов является фагоцитоз, который представляет собой эн-доцитоз, осуществляемый в несколько стадий.

Первая стадия – адсорбция частиц на поверхности макрофага за счет электростатических вандерваальсовых сил и химического сродства частиц к рецепторам фагоцита. Вторая стадия – инвагинация клеточной мембраны, захват частицы и погружение ее в протоплазму. Третья стадия – образование фагосомы, т. е. вакуоли (пузырька) в протоплазме вокруг поглощенной частицы. Четвертая стадия – слияние фагосомы с лизосомой фагоцита, содержащей десятки ферментов, и образование фаголизосомы. В фа-голизосоме происходит переваривание (деструкция) захваченной частицы ферментами. При поглощении частицы, принадлежащей организму (например, погибшая клетка или ее части, собственные белки и другие вещества), происходит расщепление ее ферментами фаголизосомы до неантигенных веществ (аминокислоты, жирные кислоты, нуклеотиды, моносахара). Если поглощается чужеродная частица, ферменты фаголизосомы не в состоянии расщепить вещество до неантигенных компонентов. В таких случаях фаголизосома с оставшейся и сохранившей чужеродность частью антигена передается макрофагом Т- и В-лимфоцитам, т. е. включается специфическое звено иммунитета. Эта передача неразрушенной части антигена (детерминанты) Т-лимфоциту осуществляется путем связывания детерминанты распознающим антигеном комплекса гистосовместимости, к которому на Т-лим-фоцитах имеются специфические рецепторы. Описанный механизм лежит в основе распознавания «своего» и «чужого» на уровне макрофага и явления фагоцитоза.

Роль фагоцитоза. Фагоцитоз является важнейшей защитной реакцией. Фагоциты захватывают бактерии, грибы, вирусы и инак-тивируют их посредством набора ферментов и способности секретировать Н 2 О 2 и другие перекисные соединения, образующие активный кислород (завершенный фагоцитоз). Однако в некоторых случаях захваченные фагоцитом микроорганизмы выживают и размножаются в нем (например, гонококки, туберкулезная палочка, возбудитель ВИЧ-инфекции и др.). В таких случаях фагоцитоз называют незавершенным.Фагоцитоз усиливается антителами-опсонинами, так как связанный ими антиген легче адсорбируется на поверхности фагоцита вследствие наличия у последнего рецепторов к этим антителам. Такое усиление фагоцитоза антителами названо опсонизацией, т.е. подготовкой микроорганизмов к захвату фагоцитами. Фагоцитоз опсонизированных антигенов называют иммунным. Для характеристики активности фагоцитоза введен фагоцитарный показатель. Для определения его подсчитывают под микроскопом число бактерий, поглощенных одним фагоцитом. Пользуются также опсонофагоцитарным индексом, представляющим отношение фагоцитарных показателей, полученных с иммунной и неиммунной сывороткой. Фагоцитарный показатель и опсонофагоцитарный индекс используют в клинической иммунологии для оценки состояния иммунитета и иммунного статуса. Фагоцитоз играет большую роль в противобактериальной, противогрибковой и противовирусной защите, поддержании резистентности организма к чужеродным веществам.

Комплемент

Природа комплемента. Комплемент представляет собой сложный комплекс белков сыворотки крови, реагирующих между собой в определенной последовательности и обеспечивающих участие антигенов и антител в клеточных и гуморальных реакциях иммунитета. Открыт комплемент французским ученым Ж. Борде, назвавшим его «алексином». Современное название комплементу дал П. Эрлих.

Комплемент состоит из 20 различающихся по физико-химическим свойствам белков сыворотки крови, его обозначают символом «С», а девять основных компонентов комплемента – цифрами: С1, С2, ... С9. Каждый компонент имеет субъединицы, которые образуются при расщеплении; обозначаются они буквами: Clq, СЗа, СЗЬ и т.д. Белки комплемента являются глобулинами или гликопротеинами с молекулярной массой от 80 (С9) до 900 тыс. (С1). Вырабатываются макрофагами, нейтрофилами и составляют 5.10 % всех белков сыворотки крови.

Механизм действия и функции. Комплемент выполняет разнообразные функции и является одним из главных компонентов иммунной системы. В организме комплемент находится в неактивном состоянии и активируется обычно в момент образования комплекса антиген – антитело. После активации его действие носит каскадный характер и представляет серию протео-литических реакций, направленных на усиление иммунных и клеточных реакций и активацию действия антител по устранению антигенов. Существует два пути активации комплемента: классический и альтернативный. При классическом способе активации происходит присоединение к комплексу антиген – антитело (АГ + AT) вначале компонента С1 комплемента (его трех субъединиц Clq, Clr, Cls), затем к образовавшемуся комплексу АГ + AT + СІ присоединяются последовательно «ранние» компоненты комплемента С4, С2, СЗ. Эти «ранние» компоненты активируют с помощью ферментов компонент С5, причем реакция протекает уже без участия комплекса АГ + AT. Компонент С5 прикрепляется к мембране клетки, и на нем образуется литический комплекс из «поздних» 1 компонентов комплемента С5Ь, С6, С7, С8, С9. Этот литический комплекс называется мембраноатакующим, так как он осуществляет лизис клетки.

Альтернативный путь активации комплемента происходит без участия антител и осуществляется до выработки антител в организме. Альтернативный путь также заканчивается активацией компонента С5 и образованием мембраноатакующего комплекса, но без участия компонентов С1, С2, С4. Весь процесс начинается с активации компонента СЗ, которая может происходить непосредственно в результате прямого действия антигена (например, полисахарида микробной клетки). Активированный компонент СЗ взаимодействует с факторами В и D (ферментами) системы комплемента и белком пропердином (Р). Образовавшийся комплекс включает компонент С5, на котором и формируется мембраноатакующий комплекс, как и при классическом пути активации комплемента.Таким образом, классический и альтернативный пути активации комплемента завершаются образованием мембраноатакующего литического комплекса. Механизм действия этого комплекса на клетку до конца не выяснен. Однако известно, что этот комплекс внедряется в мембрану, образует как бы воронку с нарушением целостности мембраны. Это приводит к выходу из клетки низкомолекулярных компонентов цитоплазмы, а также белков, поступлению в клетку воды, что в конечном итоге приводит к гибели клетки.

Как уже указывалось, процесс активации комплемента представляет каскадную ферментативную реакцию, в которой участвуют протеазы и эстеразы, в результате чего образуются продукты протеолиза компонентов С4, С2, СЗ, С5, фрагменты C4b, C2b, C3b, C5b, а также фрагменты СЗа и С5а. Если фрагменты C4b, C2b, C3b, C5b участвуют в активации системы комплемента, то фрагменты СЗа и С5а обладают особой биологической активностью. Они высвобождают гистамин из тучных клеток, вызывают сокращение гладкой мускулатуры, т. е. вызывают анафилактическую реакцию, поэтому они названы анафилотоксинами.

Система комплемента обеспечивает:

§ цитолитическое и цитотоксическое действие антител на клетки-мишени благодаря образованию мембраноатакующего комплекса;

§ активацию фагоцитоза в результате связывания с иммунными комплексами и адсорбции их рецепторами макрофагов;

§ участие в индукции иммунного ответа вследствие обеспечения процесса доставки антигена макрофагами;

§ участие в реакции анафилаксии, а также в развитии воспаления вследствие того, что некоторые фрагменты комплемента обладают хемотаксической активностью. Следовательно, комплемент обладает многосторонней иммунологической активностью, участвует в освобождении организма от микроорганизмов и других антигенов, в уничтожении опухолевых клеток, отторжении трансплантатов, аллергических повреждениях тканей, индукции иммунного ответа.

Интерферон

Природа интерферона. Интерферон представляет собой белок, обладающий противовирусным, противоопухолевым и иммуно-модулирующим свойствами, вырабатываемый многими клетками в ответ на внедрение вируса или сложных биополимеров. Интерферон гетерогенен по своему составу, его молекулярная масса колеблется от 15 до 70 кД. Открыт в 1957 г. А. Айзексом и Ж. Линдеманом при изучении явления интерференции вирусов.Семейство интерферонов включает более 20 белков, различающихся по физико-химическим свойствам. Все они объединены в три группы по источнику происхождения: а, р, у. а-Интерферон вырабатывается В-лимфоцитами; его получают из лейкоцитов крови, поэтому называют лейкоцитарным. р-Интерфе-рон получают при заражении вирусами культуры клеток фиб-робластов человека; его называют фибробластным. у-Интерферон получают из иммунных Т-лимфоцитов, сенсибилизированных антигенами, поэтому его называют иммунным. Интерфероны обладают видовой специфичностью, т.е. интерферон человека менее эффективен для животных и наоборот.

Механизм действия. Противовирусное, антипролиферативное и иммуномодулирующее действие интерферонов не связано с непосредственным влиянием на вирусы или клетки, т.е. интерферон не действует вне клетки. Абсорбируясь на поверхности клетки или проникая внутрь клетки, он через геном клетки влияет на процессы репродукции вируса или пролиферацию клетки. Поэтому действие интерферона в основном профилактическое, но его используют и в лечебных целях. Значение интерферонов. Интерферон играет большую роль в поддержании резистентности к вирусам, поэтому его применяют для профилактики и лечения многих вирусных инфекций (грипп, аденовирусы, герпес, вирусный гепатит и др.). Антипролиферативное действие, особенно у-интерферона, используют для лечения злокачественных опухолей, а иммуномодулирующее свойство – для коррекции работы иммунной системы с целью ее нормализации при различных иммунодефицитах.Разработан и производится ряд препаратов а-, р- и у-интерфе-ронов. Современные препараты получают методами биотехнологии, основанными на принципах генетической инженерии (см. главу 6).

Антигены

Антигены – это любые генетически чужеродные для данного организма вещества (обычно биополимеры), которые, попав во внутреннюю среду организма или образуясь в организме, вызывают ответную специфическую иммунологическую реакцию: синтез антител, появление сенсибилизированных лимфоцитов или возникновение толерантности к этому веществу, гиперчувствительности немедленного и замедленного типов иммунологической памяти.

Антитела, вырабатываемые в ответ на введение антигена, специфически взаимодействуют с этим антигеном in vitro и in vivo, образуя комплекс антиген – антитело.

Антигены, вызывающие полноценный иммунный ответ, называются полными антигенами. Это органические вещества микробного, растительного и животного происхождения. Химические элементы, простые и сложные неорганические соединения антигенностью не обладают. Антигенами могут быть как вредные, так и безвредные для организма вещества. Антигенами являются также бактерии, грибы, простейшие, вирусы, клетки и ткани животных, попавшие во внутреннюю среду макроорганизма, а также клеточные стенки, цитоплазматические мембраны, рибосомы, митохондрии, микробные токсины, экстракты гельминтов, яды многих змей и пчел, природные белковые вещества, некоторые полисахаридные вещества микробного происхождения, растительные токсины и т. д. Антигенность определяется структурными особенностями биополимеров, являющихся генетически чужеродными для организма. Большинство из них содержат несколько видов антигенов. Количество антигенов в природе увеличивается в результате появления антигенных свойств у многих неантигенных субстанций при соединении их с другими веществами. Некоторые вещества самостоятельно не вызывают иммунного ответа, но приобретают эту способность при конъюгации с высокомолекулярными белковыми носителями или в смеси с ними. Такие вещества называют неполными антигенами, или гаптенами. Гаптенами могут быть химические вещества с малой молекулярной массой или более сложные химические вещества, не обладающие свойствами полного антигена: некоторые бактериальные полисахариды, полипептид туберкулезной палочки (РРД), ДНК, РНК, липиды, пептиды. Гаптен является частью полного или конъюгированного антигена. Образующиеся к конъюгату белка с гаптеном антитела могут также реагировать и со свободным гаптеном. Гаптены иммунного ответа не вызывают, но они вступают в реакцию с сыворотками, содержащими специфические к ним антитела.

Антигены обладают специфичностью, которая связана с какой-либо определенной химической группой в составе молекулы, называемой детерминантой, или эпитопом. Детерминанты антигена – это те его части, которые распознаются антителами и иммунокомпетентными клетками. Полные антигены могут иметь в своем составе две и более однозначные детерминантные группировки, поэтому они являются двухвалентными или поливалентными. Неполные антигены (гаптены) имеют лишь одну детерминантную группировку, т.е. являются одновалещными.

Наиболее выраженными антигенными свойствами обладают белки как биополимеры с выраженной генетической чужеродностью. Чем дальше друг от друга в филогенетическом развитии отстоят животные, тем большей антигенностью будут обладать их белки по отношению друг к другу. Это свойство белков используется для выявления филогенетического родства животных различных видов, а также в судебно-медицинской экспертизе (для определения видовой принадлежности пятен крови) и пищевой промышленности (для выявления фальсификации мясных продуктов).

Большое значение имеет молекулярная масса антигена. Антигенностью обладают биополимеры молекулярной массой не менее 5-10 кД. Из этого правила существуют исключения: нуклеиновые кислоты обладают большой молекулярной массой, но по сравнению с белком их антигенные свойства гораздо менее выражены. Сывороточный альбумин и гемоглобин обладают одинаковой молекулярной массой (~ 70 000), но альбумин является более сильным антигеном, чем гемоглобин. Это обусловлено различием в валентности указанных белков, т.е. числе содержащихся в них детерминантных групп.

Антигенность связывают с жесткой поверхностной структурой детерминант, расположением аминокислот, составляющих полипептидные цепи, особенно их концевые части. Например, желатин многие годы не считался антигеном из-за отсутствия жестких структур на поверхности молекулы, хотя представляет собой белок с большой молекулярной массой. Молекула желатина может "приобрести свойства антигена, если ввести в ее структуру тирозин или другое химическое вещество, придающее жесткость поверхностным структурам. Антигенная детерминанта полисахаридов состоит из нескольких гексозных остатков.Антигенные свойства желатина, гемоглобина и других слабых антигенов можно усилить, адсорбируя их на различных носителях (каолин, активированный уголь, химические полимеры, гидроокись алюминия и др.). Эти вещества повышают иммуноген-ность антигена. Они называются адъювантами (см. главу 9). На иммунный ответ влияет количество поступающего антигена: чем его больше, тем более выражен иммунный ответ. Однако при слишком большой дозе антигена может наступить иммунологическая толерантность, т.е. отсутствие ответа организма на антигенное раздражение. Это явление можно объяснить стимуляцией антигеном субпопуляции супрессорных Т-лимфоцитов.

Важным условием антигенности является растворимость антигена. Кератин – высокомолекулярный белок, но он не может быть представлен в виде коллоидного раствора и не является антигеном. Гаптены из-за небольшой молекулярной массы не фиксируются иммунокомпетентными клетками макроорганизма и не могут вызвать ответную иммунологическую реакцию. Если молекулу гаптена искусственно укрупнить, конъюгировав ее с крупной белковой молекулой, получится полноценный антиген, специфичность которого будет определять гаптен. Белок-носитель при этом может терять свою видовую специфичность, так как детерминанты гаптена расположены на его поверхности и перекрывают его собственные детерминанты. Полугаптены – неорганические радикалы (йод, бром, нит-рофуппа, азот и т. д.), присоединившиеся к белковой молекуле, могут менять иммунологическую специфичность белка.

Такие йодированные или бромированные белки вызывают образование антител, специфичных к йоду и брому соответственно, т. е. к тем детерминантам, которые располагаются на поверхности полного антигена.

Проантигены – гаптены, которые могут соединяться с собственными белками организма и сенсибилизировать его как аутоантигены. Например, продукты расщепления пенициллина в соединении с белками организма могут быть антигенами. Гетероантигены – общие антигены, встречающиеся у разных видов животных. Впервые этот феномен был отмечен в опытах Дж. Форсмана (1911), который иммунизировал кролика суспензией органов морской свинки. Полученная от кролика сыворотка содержала антитела, вступавшие во взаимодействие не только с белками морской свинки, но и с эритроцитами барана. Оказалось, что полисахариды морской свинки в антигенном отношении одинаковы с полисахаридами эритроцитов барана.

Гетероантигены обнаружены у человека и некоторых видов бактерий. Например, возбудитель чумы и эритроциты человека с 0 группой крови имеют общие антигены. В результате иммунокомпетентные клетки этих людей не реагируют на возбудителя чумы как на чужеродный антиген и не развивают полноценной иммунологической реакции, что нередко приводит к летальному исходу.

Аллоантигены (изоантигены) – различные антигены внутри одного вида. В настоящее время в эритроцитах человека обнаружено более 70 антигенов, которые дают около 200 000 сочетаний. Для практического здравоохранения решающее значение имеют группы крови в системе АВО и резус-антиген. Кроме эритроцитарных антигенов, у человека существуют и другие аллоантигены, например антигены главного комплекса гистосовместимости – МНС (Major Histocompatibility Complex). В 6-й паре хромосом человека располагаются трансплантационные антигены HLA (Human Leucocyte Antigens), детерминирующие тканевую совместимость при пересадке тканей и органов. Тканям человека присуща абсолютная индивидуальность, и подобрать донора и реципиента с одинаковым набором тканевых антигенов практически невозможно (исключение – однояйцевые близнецы). Клетки злокачественных опухолей также содержат антигены, отличающиеся от антигенов нормальных клеток, что используется для иммунодиагностики опухолей (см. главу 9).

Антигены бактерий, вирусов, грибов, простейших являются полными антигенами. В соответствии с химическим составом, содержанием и качеством белков, липидов, их комплексов анти-генность у разных видов микроорганизмов различна. Поэтому каждый вид представляет собой антигенную мозаику (см. главу 2). Антигены микроорганизмов используют для получения вакцин и диагностических препаратов, а также идентификации и индикации микроорганизмов.

В процессе эволюции антигенная структура некоторых микроорганизмов может меняться. Особенно большой изменчивостью антигенной структуры обладают вирусы (гриппа, ВИЧ). Таким образом, антигены, как генетически чужеродные вещества, осуществляют запуск иммунной системы, приведение ее в функционально активное состояние, выражающееся в проявлении тех или иных иммунологических реакций, направленных на устранение неблагоприятного воздействия антигена.

Антителообразование

Природа антител. В ответ на введение антигена иммунная система вырабатывает антитела – белки, способные специфически соединяться с антигеном, вызвавшим их образование, и таким образом участвовать в иммунологических реакциях. Относятся антитела к γ-глобулинам, т. е. наименее подвижной в электрическом поле фракции белков сыворотки крови. В организме γ-гло-булины вырабатываются особыми клетками – плазмоцитами. Количество γ-глобулина в сыворотке крови составляет примерно 30% от всех белков крови (альбуминов, а-, b-глобулинов и др.). В соответствии с Международной классификацией γ-глобулины, несущие функции антител, получили название иммуноглобулинов и обозначаются символом Ig. Следовательно, антитела – это иммуноглобулины, вырабатываемые в ответ на введение антигена и способные специфически взаимодействовать с этим же антигеном.

Функции антител. Первичная функция антител состоит во взаимодействии их активных центров с комплементарными им детерминантами антигенов. Вторичная функция антител состоит в их способности:

§ связывать антиген с целью его нейтрализации и элиминации из организма, т. е. принимать участие в формировании защиты от антигена;

§ участвовать в распознавании «чужого» антигена;

§ обеспечивать кооперацию иммунокомпетентных клеток (макрофагов, Т- и В-лимфоцитов);

§ участвовать в различных формах иммунного ответа (фагоцитоз, киллерная функция, ГНТ, ГЗТ, иммунологическая толерантность, иммунологическая память).

Применение антител в медицине. Вследствие высокой специфичности и большой роли в защитных иммунных реакциях антитела используют для диагностики инфекционных и неинфекционных заболеваний, определения иммунного статуса организма, профилактики и терапии ряда инфекционных и неинфекционных болезней. Для этого существуют соответствующие иммунобиологические препараты, созданные на основе антител и имеющие целевое назначение (см. главу 10).

Структура антител. Белки иммуноглобулинов по химическому составу относятся к гликопротеидам, так как состоят из протеина и Сахаров; построены из 18 аминокислот. Имеют видовые отличия, связанные главным образом с набором аминокислот. Молекулярная масса иммуноглобулинов находится в пределах 150.900 кД. Их молекулы имеют цилиндрическую форму, они видны в электронном микроскопе. До 80% иммуноглобулинов имеют константу седиментации 7S; устойчивы к слабым кислотам, щелочам, нагреванию до 60ºС. Выделить иммуноглобулины из сыворотки крови можно физическими и химическими методами (электрофорез, изоэлектрическое осаждение спиртом и кислотами, высаливание, аффинная хроматография и др.). Эти методы используют в производстве при приготовлении иммунобиологических препаратов. Иммуноглобулины по структуре, антигенным и иммунобиологическим свойствам разделяются на пять классов: IgM, IgG, IgA, IgE, IgD. Иммуноглобулины М, G, А имеют подклассы. Например, IgG имеет четыре подкласса (IgG, IgG2, IgGj, IgG4). Все классы и подклассы различаются по аминокислотной последовательности. Иммуноглобулины человека и животных сходны по строению.

Р. Портер и Д. Эдельман установили строение молекулы иммуноглобулинов. По их данным, молекулы иммуноглобулинов всех пяти классов состоят из полипептидных цепей: двух одинаковых тяжелых цепей Н (от англ, heavy – тяжелый) и двух одинаковых легких цепей – L (от англ, light – легкий), соединенных между собой дисульфидными мостиками. Соответственно каждому классу иммуноглобулинов, т.е. М, G, А, Е, D, различают пять типов тяжелых цепей: ц (мю), у (гамма), а (альфа), е (эпсилон) и 5 (дельта), имеющих молекулярную массу в пределах 50.70 кД (содержат 420-700 аминокислотных остатков) и различающихся по антигенносте. Легкие цепи всех пяти классов являются общими и бывают двух типов: к (каппа) и х (ламбда); имеют молекулярную массу 23 кД (214.219 аминокислотных остатков). L-цепи иммуноглобулинов различных классов могут вступать в соединение (рекомбинироваться) как с гомологичными, так и с гетерологичными Н-цепями. Однако в одной и той же молекуле могут быть только идентичные L-цепи (к или А.). Как в Н-, так и в L-цепях имеется вариабельная – V (от англ-various – разный) область, в которой последовательность аминокислот непостоянна, и константная – С (от англ, constant – постоянный) область с постоянным набором аминокислот. В легких и тяжелых цепях различают NH2- и СООН-концевые группы.При обработке γ-глобулина меркаптоэтанолом разрушаются дисульфидные связи и молекула иммуноглобулина распадается на отдельные цепи полипептидов. При воздействии протеолитическим ферментом папаином иммуноглобулин расщепляется на три фрагмента: два некристаллизующихся, содержащих детерми-нантные группы к антигену и названных Fab-фрагментами І и II (от англ, fragment antigen binding – фрагменты, связывающие антиген) и один кристаллизующий Fc-фрагмент (от англ, fragment crystal!izable). FabI- и FabII-фрагменты сходны по свойствам и аминокислотному составу и отличаются от Fc-фрагмента; Fab-и Fc-фрагменты являются компактными образованиями, соединенными между собой гибкими участками Н-цепи, благодаря чему молекулы иммуноглобулина имеют гибкую структуру. Как Н-цепи, так и L-цепи имеют отдельные, линейно связанные компактные участки, названные доменами; в Н-цепи их по 4, а в L-цепи – по 2. Активные центры, или детерминанты, которые формируются в V-областях, занимают примерно 2% поверхности молекулы иммуноглобулина. В каждой молекуле имеются две детерминанты, относящиеся к гипервариабельным участкам Н-и L-цепей, т. е. каждая молекула иммуноглобулина может связать две молекулы антигена. Поэтому антитела являются двухвалентными.

Типовой структурой молекулы иммуноглобулина является IgG. Остальные классы иммуноглобулинов отличаются от IgG дополнительными элементами организации их молекул. Так, IgM представляет собой пентамер, т.е. пять молекул IgG, соединенных полипептидной цепью, обозначаемой буквой J (от англ, joining chain – строение молекулы). IgA бывает обычным, т. е. мономерным, а также ди- и тримерным. Различают IgA сывороточный и секреторный. В последнем молекула соединена с секреторным компонентом (SC), выделяемым эпителиальными клетками, что защищает IgA от разрушения ферментами. IgE обладает высокой цитофильностью, т.е. способностью присоединяться к тучным клеткам и базофилам, в результате чего клетки выделяют гистамин и гистаминоподобные вещества, вызывающие ГНТ. IgD склонен к агрегации, имеет дополнительные дисульфидные связи.

В ответ на введение любого антигена могут вырабатываться антитела всех пяти классов. Обычно вначале вырабатывается IgM, затем IgG, остальные – несколько позже. Основную массу сывороточных иммуноглобулинов (70.80 %) составляет IgG; на долю IgA приходится 10-15 %, IgM – 5.10 %, IgE – 0,002 % и IgD – около 0,2 %. Содержание иммуноглобулинов меняется с возрастом. При некоторых патологических расстройствах наблюдаются отклонения в уровне их содержания в крови. Например, концентрация IgG возрастает при инфекционных болезнях, аутоиммунных расстройствах, снижается при некоторых опухолях, агаммаглобулинемии. Содержание IgM увеличивается при многих инфекционных болезнях, снижается при некоторых имму-нодефицитных состояниях.

Синтез антител. Как уже было сказано, иммуноглобулины синтезируются плазмоцитами, которые образуются в результате дифференцировки полипотентной стволовой клетки. Плазмоцит синтезирует как неиммунный, так и иммунный γ-глобулин. Информацию о специфичности синтезируемого иммуноглобулина плаз-моциты получают от В-лимфоцитов; L- и Н-цепи синтезируются на полирибосомах плазмоцита отдельно и соединяются в единую молекулу перед выделением из клетки. Сборка молекулы иммуноглобулина из Н- и L-цепей происходит очень быстро, в течение 1 мин. Выделение иммуноглобулина из плазмоцита осуществляется путем экзоцитоза или клазматоза, т. е. отпочковывания части цитоплазмы с иммуноглобулином. Каждый плазмоцит синтезирует до 2000 молекул в секунду. Синтезированные антитела поступают в лимфу, кровь, тканевую жидкость.

Генетика антител. Иммуноглобулин, как и всякий белок, обладает антигенностью. В молекуле иммуноглобулина различают три типа антигенных детерминант: изотипические, аллотипические и идиотипические. Изотипические детерминанты (изотипы) являются видовыми, т. е. они идентичны для всех особей данного вида (например, человека, кролика, собаки). Аллотипические детерминанты (аллотипы) у одних особей данного вида имеются, у других – отсутствуют, т. е. они являются индивидуальными. Наконец, идиотипические детерминанты (идиоти-пы) присущи только молекулам антител, обладающих определенной специфичностью. Эти детерминантные различия обусловлены числом и порядком чередования аминокислот в активном центре молекулы иммуноглобулина.

1.1. ФОРМЫ ИММУНИТЕТА

Специфический иммунный ответ развивается в организме параллельно с развитием инфекции или после вакцинации и приводит к формированию ряда специфических эффекторных механизмов противоинфекционной защиты:

1. Гуморальный иммунный ответ (В–лимфоцит);
2. Клеточный иммунный ответ (Т–лимфоцит);
3. Иммунологическая память (Т– и В–лимфоциты);
4. Иммунологическая толерантность.

К этим механизмам относятся эффекторные молекулы (антитела) и эффекторные клетки (Т–лимфоциты и макрофаги) иммунной системы.

Гуморальные иммунные реакции

В гуморальных иммунных реакциях участвуют три клеточных типа: макрофаги (Аг–представляющие клетки), Т–хелперы и В–лимфоциты.

Аг–представляющие клетки фагоцитируют микроорганизм и перерабатывают его, расщепляя на фрагменты (процессинг Аг). Фрагменты Аг выставляются на поверхности Аг–представляющей клетки вместе с молекулой МНС. Комплекс «Аг–молекула МНС класса II» предъявляется Т–хелперу. Распознавание комплекса Т–хелпером стимулирует секрецию ИЛ–1 макрофагами.

Т–хелпер под действием ИЛ–1 синтезирует ИЛ–2 и рецепторы к ИЛ–2; последний стимулирует пролиферацию Т–хелперов, а также ЦТЛ. Таким образом, после взаимодействия с Аг–представляющей клеткой Т–хелпер приобретает способность отвечать на действие ИЛ–2 бурным размножением. Биологический смысл этого явления состоит в накоплении Т–хелперов, обеспечивающих образование в лимфоидных органах необходимого пула плазматических клеток, вырабатывающих АТ к данному Аг.

В–лимфоцит. Активация В–лимфоцита предполагает прямое взаимодействие Аг с молекулой Ig на поверхности В–клетки. В этом случае сам В–лимфоцит перерабатывает Аг и представляет его фрагмент в связи с молекулой МНС II на своей поверхности. Этот комплекс распознает Т–хелпер, отобранный при помощи того же Аг. Узнавание рецептором Т–хелпера комплекса Аг–молекула МНС класса II на поверхности В–лимфоцита приводит к секреции Т–хелпером ИЛ–2, ИЛ–4, ИЛ–5, ИЛ–6, под действием которых В–клетка размножается, образуя клон плазматических клеток (плазмоцитов). Плазмоциты синтезируют антитела. Часть зрелых В–лимфоцитов после антигензависимой дифференцировки циркулируют в организме в виде клеток памяти.

Антитела, специфически взаимодействуя с антигенными детерминантами (эпитопами) на поверхности микроорганизмов, образуют с ними иммунные комплексы, что ведет к активации мембраноатакующего комплекса системы комплемента и лизису микробных клеток. Кроме того, иммунные комплексы, включающие микроорганизмы и специфические антитела, быстрее и легче захватываются фагоцитирующими клетками организма при участии Fc–рецепторов. При этом ускоряется и облегчается внутриклеточная гибель и переваривание. Защитная роль антител в антитоксическом иммунитете определяется также их способностью нейтрализовать токсины. Секреторные иммуноглобулины класса А обеспечивают местный специфический иммунитет слизистых оболочек, препятствуя прикреплению и проникновению патогенных микроорганизмов.

Рис. 1. Гуморальный иммунный ответ.
В результате кооперации макрофагов, Т–хелперов и В–лимфоцитов и дальнейшей дифференцировки
В–лимфоцитов в плазматические клетки, последние продуцируют антитела, которые нейтрализуют антиген.

Клеточные иммунные реакции

В очаге иммунного воспаления Т–эффекторы ГЗТ, активированные при контакте с микробными антигенами, продуцируют лимфокины, индуцирующие микробоцидные механизмы фагоцитов. В результате усиливается внутриклеточная гибель захваченных фагоцитами возбудителей.

Другой механизм гибели зараженных клеток носит название антителозависимой цитотоксичности (АЗЦТ). Он заключается в распознавании микробных антигенов на мембране зараженной клетки–»мишени» антителами, адсорбированными на Fc–рецепторах NK–клеток или макрофагов. При этом цитотоксичность является результатом действия лизосомных ферментов и других продуктов секреции данных клеток.

Рис. 2. Клеточный иммунный ответ опосредован активированными
Т–хелперами макрофагами и другими фагоцитирующими клетками, а также цитотоксическими Т–лимфацитами.

Иммунологическая память

Иммунологическая память – способность организма отвечать на повторное введение антигена иммунной реакцией, характеризующейся большей силой и более быстрым развитием.

Клетки иммунологической памяти – долгоживущие Т– и В–лимфоциты, сохраняющие многие годы способность реагировать на повторное введение антигена, так как вырабатываются рецепторы к этому антигену. Иммунологическая память проявляется как ускоренный специфический ответ на повторное введение антигена.

Иммунологическая память к антигенным компонентам окружающей среды лежит в основе аллергических заболеваний, а к резус–антигену (возникает при резус–несовместимости беременности) – в основе гемолитической болезни новорожденных. Феномен иммунологической памяти используется в практике вакцинации людей.

Иммунологическая толерантность

Иммунологическая толерантность – явление, противоположное иммунному ответу и иммунологической памяти, проявляющееся в том, что на введение антигена вместо выработки иммунитета в организме развивается ареактивность, инертность, отсутствие ответа на антиген.

Иммунный ответ против собственных тканей организма в нормальных условиях не развивается, т.е. иммунная система толерантна к подавляющему большинству Аг тканей организма (аутоантигены). Искусственная толерантность к чужеродным Аг может быть вызвана иммунизацией по определенной схеме (например, толерантность «низкой дозы» – дробное введение Аг в возрастающих количествах или толерантность «высокой дозы» – однократное введение Аг в высокой дозе).

1.2. ВИДЫ ИММУНИТЕТА

Многообразие систем защиты организма позволяют человеку оставаться невосприимчивым к действию инфекционных агентов.

Видовой иммунитет (врожденный) – генетически закрепленная невосприимчивость присущая каждому виду. Например, человек никогда не заболевает чумой крупного рогатого скота. Крысы резистентны к дифтерийному токсину.

Приобретенный иммунитет формируется в течение жизни индивидуума и не передается по наследству; может быть естественным и искусственным, активным и пассивным.

Естественно приобретенный иммунитет (активный) развивается после перенесенного инфекционного заболевания, протекавшего в клинически выраженной форме, либо после скрытых контактов с микробными Аг (так называемая бытовая иммунизация). В зависимости от свойств возбудителя и состояния иммунной системы организма невосприимчивость может быть пожизненной (например, после кори), длительной (после брюшного тифа) или сравнительно кратковременной (после гриппа).

Инфекционный (нестерильный) иммунитет – особая форма приобретенной невосприимчивости; не является следствием перенесенной инфекции, обусловлен наличием инфекционного агента в организме. Невосприимчивость исчезает сразу после элиминации возбудителя из организма (например, туберкулез; вероятно, малярия).

Естественный пассивный иммунитет связан с переносом IgG от матери к плоду через плаценту (передача по вертикали) или с грудным молоком (SIgA) новорожденному. Это обеспечивает устойчивость новорожденного ко многим возбудителям в течение некоторого, обычно индивидуально варьирующего срока.

Искусственно приобретенный иммунитет. Состояние невосприимчивости развивается в результате вакцинации, серопрофилактики (введение сыворотки) и других манипуляций.

Активно приобретенный иммунитет развивается после иммунизации ослабленными или убитыми микроорганизмами либо их антигенами. В обоих случаях организм активно участвует в создании невосприимчивости, отвечая развитием иммунного ответа и формированием пула клеток памяти.

Пассивно приобретенный иммунитет достигается введением готовых АТ или, реже, сенсибилизированных лимфоцитов. В таких ситуациях иммунная система реагирует пассивно, не участвуя в своевременном развитии соответствующих иммунных реакций.

Иммунитет может формироваться против микроорганизмов, их токсинов, вирусов, антигенов опухолей. В этих случаях иммунитет называют антимикробным, антитоксическим, антивирусным, противоопухолевым соответственно. При трансплантации несовместимых тканей возникает трансплантационный иммунитет (реакция отторжения трансплантата).

Поступление в организм антигена через дыхательные пути, пищеварительный тракт и другие участки слизистых поверхностей и кожи нередко обуславливает развитие выраженной локальной иммунной реакции. В таких случаях речь идет о местном иммунитете.

1.3. РЕГУЛЯЦИЯ ИММУННОГО ОТВЕТА

Интенсивность и продолжительность иммунного ответа контролируется и регулируется при участии ряда механизмов обратной связи на генетическом, клеточном и организменном уровнях.

Генетический контроль иммунного ответа связан с наличием конкретных генов, контролирующих синтез и выход специфических рецепторов на поверхность иммунокомпетентных клеток, что непосредственно влияет на уровень представления и распознавания антигена.

Иммунная система представляет собой комплекс взаимодействующих клеток, связанных между собой внутренними регуляторными связями посредством цитокинов.

На уровне организма осуществляется взаимодействие нервной, эндокринной и иммунной систем, иммунный ответ контролируется и регулируется нейрогуморальными механизмами, среди которых ведущую роль играют кортикостероидные гормоны, подавляющие процессы пролиферации, дифференцировки и миграции лимфоидных клеток и ингибирующие биосинтез интерлейкинов.

Воспаление – сумма защитно–адаптивных реакций, развивающихся в тканях при их повреждении; впоследствии они могут полностью восстанавливать свою структуру и функции либо в них формируются стойкие дефекты. Хорошо известны классические признаки, характеризующие острое воспаление: покраснение, отек, боль, локальное повышение температуры и нарушение функций органа или ткани. Если интенсивность острой реакции оказывается недостаточной для элиминации возбудителя, то она меняет свои характеристики и принимает хроническое течение.

С позиции защиты от патогенов большинство системных реакций острого воспаления резко изменяет лимфо– и кровообращение в очаге. Вазодилатация и повышение проницаемости капилляров облегчает выход из просвета капилляров больших молекул (например, компонентов комплемента) и полиморфонуклеаров. Весьма важным фактором является снижение рН в воспаленных тканях, обусловленное преимущественно секрецией молочной кислоты фагоцитами. Снижение рН оказывает губительное действие на бактерии, повышает микробицидную активность низкомолекулярных органических кислот и снижает резистентность к действию антимикробных химиопрепаратов.

Любое инфекционное воспаление начинается с запуска комплементарного каскада и активации свертывающей системы, многие компоненты которых известны как медиаторы воспалительных реакций.

ИММУННЫХ РЕАКЦИЙ

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕХАНИЗМАХ

ИММУНИТЕТА. СПЕЦИФИЧЕСКИЙ И НЕСПЕЦИФИЧЕСКИЙ

ИММУНИТЕТ. ВИДЫ ИММУНИТЕТА. НАРУШЕНИЯ

ИММУННЫХ РЕАКЦИЙ

Одним из основоположников науки о механизмах иммунных (защитных) реакций организма является французский ученый Луи Пастер, который разработал и ввел в практику вакцинацию как метод борьбы с инфекционными болезнями. Русский ученый И.И. Мечников разработал клеточную теорию иммунитета , установив механизм клеточного иммунитета, согласно которому невосприимчивость организма определяется фагоцитарной активностью лейкоцитов. Немецкий ученый Пауль Эрлих создал гуморальную теорию иммунитета , которая объясняла невосприимчивость организма выработкой в крови защитных гуморальных веществ – антител . По современным представлениям иммунитетом называется способность организма отвечать защитными реакциями на все, что ему генетически чужеродно, т.е. на микробы, вирусы, чужие клетки и ткани, на собственные, но генетически измененные клетки, а также на некоторые яды и токсины. Этим повреждающим агентам дали общее название антигены . В результате выработки иммунитета организм приобретает устойчивость к повторным воздействиям таких же антигенов, которые быстро нейтрализуются.

Защита от антигенов осуществляется посредством неспецифических и специфических механизмов, которые в свою очередь подразделяются на гуморальные и клеточные.

Неспецифические механизмы используются для обезвреживания даже тех антигенов, с которыми организм ранее вообще не сталкивался. Неспецифический гуморальный иммунитет создают защитные белки лизоцим, интерферон и др., постоянно имеющиеся в плазме крови. Неспецифический клеточный иммунитет обусловлен фагоцитарной активностью эозинофилов, базофилов, нейтрофилов и моноцитов, что обнаружил И.И. Мечников. Неспецифический гуморальный и неспецифический клеточный иммунитет обусловливают наследственный иммунитет.

При наличии наследственного иммунитета организм не восприимчив к инфекции от рождения. Различают видовой наследственный иммунитет и индивидуальный наследственный иммунитет. Человечеству присущ, например, видовой наследственный иммунитет к ящуру. На 1,5 млн. заболеваний ящуром сельскохозяйственных животных приходится всего один случай заболевания человека. Акулы почти не страдают инфекционными заболеваниями, раны у них не подвержены нагноению.

В отличие от неспецифических механизмов, лежащих в основе наследственного иммунитета, специфические механизмы обеспечивают приобретенный иммунитет . Специфические механизмы основаны на "запоминании" антигена при первом контакте с ним организма, "узнавании" его при повторном контакте и быстром уничтожении с помощью особой разновидности Т-лимфоцитов (Т-киллеров) и специально синтезированных антител, преимущественно иммуноглобулинов.

Приобретенный иммунитет подразделяется на активно приобретенный , образующийся после прививки или перенесения данного заболевания, и пассивноприобретенны й, образующийся вследствие введения сыворотки крови организма, перенесшего данное заболевание. Для образования активного иммунитета с целью предохранения от заразных болезней производят прививки , т.е. вводят в организм вакцины. Вакцины состоят из убитых, или живых, но ослабленных микробов или вирусов. Активный иммунитет длится в течение месяцев, лет и даже десятков лет. Различают активно приобретенный естественным путем иммунитет (после перенесения заболевания) и активно приобретенный искусственным путем иммунитет (после прививок). При обоих видах активного иммунитета в организме в крови образуется антитела после введения вакцины или перенесения заболевания. При пассивном иммунитете готовые антитела содержатся в сыворотках крови, вводимых в организм.

В развитии защитных реакций организма основную роль играют лимфоциты. Лимфоциты образуются из стволовых клеток костного мозга. Выходя из костного мозга, одна часть стволовых клеток с кровью поступает в вилочковую железу или тимус , где они размножаются и превращаются в тимусзависимые лимфоциты, или Т-лимфоциты . Другая часть стволовых клеток не проходит через вилочковую железу, а превращается в лимфоциты в других органах. У птиц таким органом является фабрициева сумка (Bursa ),поэтому этот вид лимфоцитов получил название В-лимфоциты. У млекопитающих и человека В-лимфоциты созревают в лимфатических узлах . В-лимфоциты живут несколько дней, а затем начинают размножаться, производя идентичные дочерние клетки.

Т-лимфоциты обеспечивают клеточный иммунитет . Различные разновидности Т-лимфоцитов выполняют разные функции. Так, Т-лимфоциты -киллеры (клетки-убийцы ) соединяются с чужеродными клетками и убивают их. В мембрану киллеров встроены рецепторные белки, которые представляют собой антитела, возможно, фиксированные иммуноглобулины. Именно эти рецепторы осуществляют контакт лимфоцитов с чужеродными антигенами и их обезвреживание. Этот процесс требует участия так называемых Т-хелперов (лимфоцитов-помощников ). Т-хелперы помогают также В-лимфоцитам синтезировать антитела. Третья группа Т-лимфоцитов – это так называемые Т-клетки иммунной памяти . Эти клетки, живущие более 10 лет, циркулируют в крови и после первого контакта с антигеном "запоминают" его на долгие годы. При повторном контакте с этим же антигеном клетки иммунной памяти его "узнают" и обеспечивают быструю его нейтрализацию. Четвертая разновидность Т-лимфоцитов – Т-супрес-соры , способны подавлять выработку антител В-лимфоцитами и активность других Т-лимфоцитов.

В-лимфоциты обеспечивают гуморальный иммунитет. При попадании в организм антигена В-лимфоциты превращаются сначала в плазмобласты , которые в результате ряда последовательных делений дают плазматические клетки . Цитоплазма плазматических клеток богата рибосомами, активно вырабатывающими антитела, или иммуноглобулины . В выработке антител участвуют Т-хелперы, однако, точный механизм их участия пока не известен. Плазматические клетки строго специфичны по отношению к определенным антигенам – каждая клетка синтезирует только один тип антител.

Антитела, или иммуноглобулины, относятся к сложным белкам – гликопротеидам. Они специфически связываются с чужеродными веществами – антигенами. По строению молекулы иммуноглобулины бывают мономерные и полимерные. Каждая молекула имеет в своих цепях постоянные (COОH-концевые) и вариабельные (меняющиеся) (NH 2 -концевые) части. Вариабельные части образуют активный центр (полость особой конфигурации, по размерам и структуре соответствующую антигену), который определяет способность антитела специфически связываться с антигеном. В результате этого связывания образуется прочный комплекс антиген-антитело.

Появившаяся во второй половине ХХ века болезнь СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита) вызывается ретравирусом ВИЧ, который избирательно поражает в организме Т-лимфоциты-хелперы, в результате чего специфические механизмы иммунной системы перестают действовать. Больной становится практически беззащитным перед любой самой безобидной инфекцией. Кроме Т-хелперов, ВИЧ поражает моноциты, микрофаги и клетки ЦНС, имеющие на своей поверхности рецептор Т 4 , через который вирус проникает в клетку.

Иммунитет также подавляется под действием ионизирующего облучения.

РАЗДРАЖИМОСТЬ И ВОЗБУДИМОСТЬ КЛЕТКИ.

БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В СОСТОЯНИИ ПОКОЯ И

ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КЛЕТКИ. ЗНАЧЕНИЕ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В ПРОЦЕССАХ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В

ОРГАНИЗМЕ

Раздражимостью называется способность живых клеток, тканей или целого организма отвечать на внешние воздействия изменением своей структуры, а также возникновением, усилением или ослаблением своей деятельности. Эти внешние воздействия называют раздражителями , ответные реакции на них клеток, тканей и всего организма – биологическими реакциями. Сам процесс воздействия раздражителя называется раздражением .

По своей природе раздражители могут быть химическими, электрическими, механическими, температурными, радиационными, световыми, биологическими и др. По своему биологическому значению для каждой клетки все раздражители делятся на адекватные и неадекватные . Адекватными называются те раздражители, которые при минимальной силе раздражения вызывают возбуждение в данном виде клеток, выработавших в процессе эволюции специальную способность реагировать на эти раздражители. Чувствительность клетки к адекватным раздражителям очень велика. Все остальные раздражители называют неадекватными.

В той или иной степени способны отвечать на раздражение все живые клетки и ткани. Однако нервная, мышечная и железистая ткань в отличие от других способны осуществлять быстрые реакции на раздражения. Эти ткани получили название возбудимых тканей . К возбудимым клеткам относят и специализированные рецепторные клетки, например, палочки и колбочки сетчатки глаза.

Способность нервных, мышечных и железистых клеток и тканей, а также рецепторных клеток быстро отвечать на раздражение изменениями своих физиологических свойств и возникновением возбуждения называется возбудимостью . Возбуждение – это волнообразный процесс, который проявляется в специфической ответной реакции ткани (мышечная – сокращается, железистая – выделяет секрет, нервная – генерирует электрический импульс) и неспецифической (изменение t°, обмена веществ и др.). Обязательным признаком возбуждения является изменение электрического заряда мембраны клетки.

Минимальная сила раздражителя, необходимая для возникновения минимальной ответной реакции клетки и ткани, называется порогом раздражения . Он измеряется в различных физических величинах, которыми характеризуется величина раздражителя (в градусах, килограммах, децибеллах и т.д.). Минимальная сила раздражения, необходимая для возникновения возбуждения клетки и генерации потенциала действия, называется порогом возбуждения . Порог возбуждения измеряется в миллиВольтах.

Любая живая клетка покрыта полупроницаемой мембраной, через которую осуществляется пассивный и активный избирательный перенос положительно и отрицательно заряженных ионов. Благодаря этому переносу между наружной и внутренней поверхностью мембраны клетки существует электрическая разность потенциалов – мембранный потенциал . Существует три отличающихся друг от друга проявления мембранного потенциала – мембранный потенциал покоя, местный потенциал и потенциал действия.

Если на клетку не действуют внешние раздражители, то мембранный потенциал долго сохраняется постоянным. Мембранный потенциал такой покоящейся клетки называется мембранным потенциалом покоя . Для внутренней среды клетки потенциал покоя всегда отрицателен и равен для нервной и поперечно-полосатой мышечной ткани от -50 до -100 мВ, для эпителиальной и гладкомышечной ткани от -20 до -30 мВ.

Причиной возникновения потенциала покоя является разная концентрация катионов и анионов снаружи и внутри клетки и избирательная проницаемость для них клеточной мембраны. Цитоплазма покоящейся нервной и мышечной клетки содержит примерно в 20-100 раз больше катионов калия, в 5-15 раз меньше катионов натрия и в 20-100 раз меньше анионов хлора, чем внеклеточная жидкость.

В мембране клетки имеются специфические натриевые, калиевые, хлорные и кальциевые каналы , которые избирательно пропускают, соответственно, только Nа + , К + , С1 - и Са 2+ . Эти каналы обладают воротным механизмом и могут быть открытыми или закрытыми. В состоянии покоя практически все натриевые каналы мембраны клетки закрыты, а большинство калиевых – открыто. Всякий раз, когда ионы калия наталкиваются на открытый канал, они диффундируют через мембрану. Поскольку внутри клетки концентрация ионов К + значительно выше, то их выходит из клетки гораздо больше, чем входит, что увеличивает положительный заряд наружной поверхности мембраны. Этот выходящий поток ионов К + должен был бы вскоре выровнять осмотическое давление (или концентрацию) этого иона, но этому препятствует электрическая сила отталкивания положительных ионов К + от положительно заряженной наружной поверхности мембраны. Ионы К + будут выходить из клетки до тех пор, пока сила электрического отталкивания не станет равной силе осмотического давления К + . При таком уровне потенциала мембраны уравновесится выход и вход ионов К + через мембрану клетки.

Поскольку в состоянии покоя почти все натриевые каналы мембраны закрыты, то ионы Nа + поступают в клетку в незначительном количестве и поэтому не могут возместить потерю положительного заряда внутренней среды клетки, вызванную выходом ионов К + . Избыток ионов Nа + на наружной поверхности мембраны совместно с выходящими из клетки ионами К + создают положительный потенциал снаружи мембраны покоящейся клетки.

В состоянии покоя мембрана нервных клеток проницаема несколько хуже, а мышечных клеток проницаемость несколько лучше для анионов Cl - , чем для катионов К + . Анионы Cl - , которых больше вне клетки, диффундируют внутрь клетки и несут с собой отрицательный заряд. Уравниванию концентраций ионов Cl - препятствует сила электрического отталкивания одноименных зарядов.

Мембрана клетки практически непроницаема для крупных органических анионов, в частности молекул белков, анионов органических кислот. Поэтому они остаются внутри клетки и совместно с поступающими внутрь клетки ионами Cl - обеспечивают отрицательный потенциал на внутренней поверхности мембраны покоящейся клетки.

При действии на клетку различных раздражителей по силе примерно в 1,5-2 раза меньше порога раздражения мембранный потенциал покоя начинает уменьшаться, т.е. происходит деполяризация мембраны клетки. С увеличением силы раздражения деполяризация мембраны нарастает. Однако если сила раздражения не достигла порога, то прекращение раздражения приводит к быстрому восстановлению потенциала покоя. В мышечной и нервной тканях при подпороговом раздражении уменьшение потенциала мембраны ограничено небольшим участком в месте нанесения раздражения и получило название местного потенциала или локального ответа .

При достижении раздражения пороговой силы возникает быстрое кратковременное изменение величины и полярности заряда мембраны клетки, которое получило название потенциала действия (применяются также термины "волна возбуждения", для нервных клеток – "нервный импульс"). Потенциалы действия всегда возникают при деполяризации мембраны нервной и поперечно-полосатой мышечной клетки примерно до – 50 мВ.

Причиной возникновения местного потенциала, а затем и потенциала действия является раскрытие натриевых каналов и поступление ионов Nа + внутрь клетки. При нарастании силы раздражения до пороговой этот процесс идет медленно и возникает местный потенциал. При достижении критического уровня деполяризации мембраны (примерно -50 мВ) проницаемость натриевых каналов мембраны лавинообразно возрастает. Ионы Nа + поступают внутрь клетки, что приводит не только к быстрой нейтрализации отрицательного заряда у внутренней поверхности мембраны, но и к возникновению положительного заряда (инверсия потенциала).

Как только количество ионов Nа + снаружи и внутри клетки сравняется, направленный ток в клетку Nа + прекращается и инверсия заканчивается при величине примерно от +30 до +40 мВ (рисунок 1).

Рисунок 1 – Развитие потенциала действия в нейроне в ответ на раздражение:

1 – уровень потенциала покоя; 2 – местный потенциал; КУД – критический уровень деполяризации мембраны; 3 – пик потенциала действия; 4 – величина инверсии (овершут); 5 – реполяризация; 6 – следовой деполяризационный потенциал; 7 – следовой гиперполяризационный потенциал.

К этому моменту резко увеличивается проницаемость мембраны для ионов К + , которые в большом количестве выходят из клетки. В результате у внутренней поверхности мембраны вновь создается отрицательный заряд, а на наружной поверхности – положительный, т.е. происходит реполяризация мембраны . Быстрые изменения величины и полярности заряда мембраны получили название пика потенциала действия. Вслед за пиком потенциала действия наблюдаются деполяризационный и гиперполяризационный следовые потенциалы, обусловленные инерционностью процессов движения ионов Nа + и К + через клеточную мембрану. Длительность потенциала действия составляет около 1 мс в нервах, 10 мс в скелетной мышце и более 200 мс в миокарде сердца.

Поддержание разности концентраций ионов Nа + и К + между цитоплазмой клетки и внеклеточной жидкостью в состоянии покоя и восстановление этой разницы после раздражения клетки обеспечивается работой так называемого натрий-калиевого насоса мембраны . Натрий-калиевый насос осуществляет активный перенос ионов против градиентов их концентраций, непрерывно откачивая Nа + из клетки в обмен на К + . Насос работает за счет энергии АТФ. Для работы насоса необходимо наличие в клетке ионов Nа + , а во внеклеточной жидкости – ионов К + .

Распространение потенциала действия по ткани, в особенности нервного импульса по нервам, является самым быстрым и точно адресованным способом передачи информации в организме. Скорость передачи нервного импульса в быстропроводящих волокнах двигательных нервов (тип Аα )достигает 120 м/с. Другие способы передачи информации гораздо медлительнее: гуморальный не превышает 0,5 м/с (скорость тока крови в аорте), аксонный транспорт веществ от тела нейрона к окончаниям аксона не превышает 40 см в сутки.

Передача информации в организме путем проведения потенциалов действия осуществляется по мембране нервного волокна. При нанесении раздражения достаточной силы на нервное волокно в точке раздражения возникает зона возбуждения (рисунок 2). Эта зона имеет на внутренней поверхности мембраны положительный заряд, а на наружной – отрицательный. Соседние невозбужденные участки мембраны нервного волокна имеют обратное соотношение полярности зарядов. Между возбужденным и невозбужденными участками мембраны возникают электрические токи. Они получили название местных токов.

Эти токи раздражают соседние невозбужденные участки мембраны. В результате в них изменяется проницаемость ионных каналов, развивается деполяризация и возникает потенциал действия. Эти участки становятся возбужденными. Процесс повторяется и таким образом происходит распространение нервного импульса по нерву в обе стороны от первоначального места нанесения раздражения. Таков механизм проведения возбуждения по безмякотному нервному волокну, в котором оно проводится с небольшой скоростью, постепенно ослабевая.

В мякотных нервных волокнах потенциалы действия возникают только в перехватах Ранвье, где нет миелиновой оболочки, являющейся электрическим изолятором. В результате возбуждение в мякотном нервном волокне передается скачками, от одного перехвата Ранвье к другому. Скорость передачи возбуждения в нем выше, чем в безмякотном волокне, и передается оно практически без ослабления.

ЗНАЧЕНИЕ АНАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ ВОСПРИЯТИЯ ЯВЛЕНИЙ ВНЕШНЕЙ И ВНУТРЕННЕЙ СРЕДЫ. ПОНЯТИЕ О РЕЦЕПТОРАХ,

ОРГАНАХ ЧУВСТВ, АНАЛИЗАТОРАХ И СЕНСОРНЫХ

СИСТЕМАХ. ОТДЕЛЫ АНАЛИЗАТОРОВ. ОБЩИЕ СВОЙСТВА АНАЛИЗАТОРОВ

Организм человека и животных может нормально функционировать только при постоянном получении информации о состоянии и изменениях внешней среды, в которой он находится, а также о состоянии внутренней среды, всех частей тела. Без информации, поступающей в мозг, не могут осуществляться простые и сложные рефлексы вплоть до психической деятельности человека.

Сложные акты поведения человека во внешней среде требуют постоянного анализа внешней ситуации, а также осведомленности нервных центров о состоянии внутренних органов. Специальные структуры нервной системы, обеспечивающие вход информации в мозг и анализ этой информации, И.II. Павлов назвал анализаторами .

С помощью анализаторов осуществляется познание окружающего мира. При раздражении рецепторов в коре больших полушарий возникают ощущения , которые отражают отдельные свойства предметов и явлений. На основе ощущений формируются понятия и представления , отражающие взаимосвязи и зависимости между этими предметами и явлениями, делаются выводы и заключения, осуществляются адекватное поведение во внешней среде и практическая деятельность человека.

Анализаторы при нормальном функционировании в пределах чувствительности своих рецепторов дают верное представление о внешней среде, что подтверждается практикой. Это дает возможность человеку познавать окружающий мир, достигать прогресса в областях знания, науки и техники.

Информация, поступающая от различных рецепторов в центральную нервную систему, необходима для поддержания деятельного состояния ЦНС и всего организма в целом. Искусственное выключение большинства органов чувств в специальных экспериментах на животных приводило к резкому снижению тонуса коры и сонному состоянию животного. Разбудить его можно было только путем воздействия на не выключенные органы чувств. Специальные эксперименты на людях, помещенных в камеры, исключающие поступление зрительных, слуховых и других раздражений, показали, что резкое снижение поступления сенсорной информации отрицательно сказывается на способности концентрировать внимание, логически мыслить, выполнять умственные задачи. В ряде случаев появлялись зрительные и слуховые галлюцинации.

Информация, передаваемая в ЦНС от рецепторов интероцептивного анализатора, расположенных во внутренних органах, служит основой процессов саморегуляции . Так, например, если изменяется давление крови, то в барорецепторах стенок сосудов возникает возбуждение. Оно передается в сосудодвигательный центр продолговатого мозга, импульсы от которого вызывают расширение сосудов и восстановление кровяного давления до нормальной величины.

Помимо первичного сбора информации об окружающей среде и внутреннем состоянии организма важной функцией анализаторов является информирование нервных центров о результатах рефлекторной деятельности, т.е. осуществление обратных связей . Например, для точного выполнения ответной двигательной реакции на какое-либо раздражение ЦНС должна получать информацию от двигательного и вестибулярного анализаторов о силе и длительности выполняемых сокращений мышц, о скорости и точности перемещения тела, положении тела в пространстве, об изменениях темпа движений и т.д. Без этой информации невозможно формирование и совершенствование двигательных навыков, в том числе трудовых и спортивных.

Восприятие любой информации о внешней и внутренней среде начинается с раздражения рецепторов. Рецептор – это нервное окончание или специализированная клетка, которая способна воспринимать раздражение и преобразовывать энергию раздражения в нервный импульс. Рецепторы подразделяют на экстерорецепторы , воспринимающие раздражения из внешней среды, и интерорецепторы , сигнализирующие о состоянии внутренних органов. Разновидностью интерорецепторов являются проприорецепторы , информирующие о состоянии и деятельности опорно-двигательного аппарата. В зависимости от характера раздражителей, к которым рецептор обладает избирательной чувствительностью, рецепторы подразделяют на несколько групп: механорецепторы , терморецепторы , фоторецепторы , хеморецепторы , болевые рецепторы и др.

Трансформирование энергии раздражителя в процесс возбуждения, или нервный импульс, происходит за счет обмена веществ самих рецепторов. Раздражитель, действуя на рецептор, вызывает деполяризацию его мембраны и возникновение рецепторного, или генераторного потенциала , который сходен по своим свойствам с местным потенциалом. Когда рецепторный потенциал достигает величины критического потенциала, он вызывает возникновение афферентного импульса в нервном волокне, идущем от рецептора.

Более широким понятием, чем рецептор, является понятие орган чувств , под которым понимают образование, включающее рецепторы, а также другие клетки и ткани, способствующие лучшему восприятию рецепторами какого-то определенного раздражения. Например, рецепторы зрения (фоторецепторы) – это палочки и колбочки сетчатки глаза. Вместе с преломляющей системой, оболочками, мышцами, кровеносными сосудами глазного яблока фоторецепторы составляют орган чувств – глаз .

Однако для возникновения ощущения одного органа чувств недостаточно. Необходимо, чтобы возбуждение от органа чувств было передано по афферентным путям в ЦНС в соответствующие проекционные зоны в коре больших полушарий. Это было установлено русским ученым И.П, Павловым, который ввел в физиологию понятие анализатор , объединяющее все анатомические образования, в результате деятельности которых возникает ощущение. Анализатор состоит из периферического отдела (соответствующего органа чувств), проводникового отдела (афферентных проводящих путей) и коркового , или центрального, отдела (определенного участка в коре больших полушарий). Например, периферический отдел зрительного анализатора представлен глазом, проводниковый отдел – это зрительный нерв, корковый отдел – зрительная зона коры больших полушарий.

Следует отметить, что в настоящее время в термин орган чувств часто вкладывают то же понятие, что и в анализатор.

Дальнейшее изучение механизмов восприятия и анализа информации, а также реакции на нее организма привело к появлению более общего, чем анализатор, понятия сенсорные системы . Сенсорная система включает в себя не только сложную многоуровневую систему передачи информации от рецепторов к коре больших полушарий и анализа ее, что И.П. Павлов назвал анализатором, но и включает процессы синтеза различной информации в коре и регулирующие влияния коры к нижележащим нервным центрам и рецепторам. Сенсорные системы имеют сложную структуру. Возбуждение от рецепторов проводится в кору больших полушарий по так называемым специфическому и неспецифическому путям.

Специфический пу ть включает в себя: 1) рецептор; 2) первый чувствительный нейрон, расположенный всегда вне ЦНС в спинномозговых ганглиях или в ганглиях черепномозговых нервов; 3) второй нейрон, расположенный в спинном или продолговатом или среднем мозге; 4) третий нейрон, находящийся в зрительных буграх промежуточного мозга; 5) четвертый нейрон, расположенный в проекционной зоне данного анализатора в коре больших полушарий.

Со вторых нейронов специфического пути, т.е. в спинном, продолговатом и среднем мозге происходит также передача сенсорного возбуждения на пути в другие отделы головного мозга, в том числе в ретикулярную формацию . Из ретикулярной формации возбуждение может направляться по так называемым неспецифическим путям во все отделы коры больших полушарий .

Анализаторам характерны следующие общие свойства. I) Высокая чувствительность к адекватным раздражителям . Например, в ясную темную ночь человеческий глаз может различить свет свечи на расстоянии до 20 км. 2) Адаптация анализаторов , т.е. свойство приспосабливаться к постоянной интенсивности длительно действующего раздражителя. При действии сильного раздражителя возбудимость анализатора уменьшается и пороги раздражения возрастают, при действии слабого раздражителя возбудимость анализатора увеличивается и пороги раздражения снижаются. Не все анализаторы обладают одинаковой способностью к адаптации. Хорошо адаптируются обонятельный, температурный, тактильный анализаторы, очень мало адаптируются вестибулярный, двигательный и болевой анализаторы.

Скорость и степень адаптации у разных анализаторов к разным раздражителям тоже различна. Например, темновая адаптация при переходе от яркого света к темноте развивается в течение часа, а световая адаптация при переходе от темноты к свету наступает в течение минуты. Физиологическое значение адаптации заключается в установлении оптимального количества сигналов, поступающих в ЦНС, и ограничении поступления импульсов, не несущих новую информацию.

3) Иррадиация и индукция в нейронах анализатора . Иррадиация - это распространение возбуждения на другие нейроны в корковом отделе того же анализатора. Ее можно наблюдать при рассматривании квадратов одинакового размера на разном фоне. Так, белый квадрат на черном фоне кажется больше, чем таких же размеров черный квадрат на белом фоне.

Индукция бывает одновременная и последовательная.Одновременная индукция является процессом, противоположным иррадиации. Суть ее в том, что одновременно с развитием возбуждения в одних нейронах анализатора в соседних вызывается торможение. Последовательная индукция состоит в том, что после прекращения возбуждения в нервных центрах анализатора развивается процесс торможения, а после прекращения торможения – процесс возбуждения. Процессы одновременной и последовательной индукции лежат в основе явлений контраста. Например, кислое после сладкого кажется еще более кислым; теплая вода после холодной кажется горячей и т.д.

4) Следовые процессы в анализаторах . После прекращения раздражения рецепторов физиологические процессы в анализаторе еще длятся некоторое время в виде положительных и отрицательных следовых явлений . Положительные следовые процессы являются как бы кратковременным продолжением процессов, происходивших в анализаторах при действии раздражителя. Т.е. ощущение (зрительное, слуховое, вкусовое и т.д.) длится еще некоторое время после прекращения действия раздражителя на рецепторы. Благодаря положительным следовым явлениям возможно слитное восприятие раздельных кадров в кинофильме.

5) Взаимодействие анализаторов . Все анализаторы функционируют не изолированно, а во взаимодействии друг с другом. Их взаимодействие может усиливать или наоборот ослаблять ощущения. Например, звуковые раздражители воспринимаются легче при сочетании их со световыми, на чем основана светомузыка.

СИСТЕМНЫЙ ПРИНЦИП УПРАВЛЕНИЯ

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИМИ ФУНКЦИЯМИ КАК ОСНОВА СЛОЖНОГО

ПОВЕДЕНИЯ. ПОНЯТИЕ О ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ

ПОВЕДЕНЧЕСКОГО АКТА (П.К. АНОХИН). СОСТАВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Организм – это самостоятельно существующая единица органического мира. Он представляет собой саморегулирующуюся систему, реагирующую как единое целое на различные изменения внешней среды. В организме частные физиологические процессы подчинены закономерностям работы сложной целостной системы.

Например, изменение обмена веществ и функций любой клетки, ткани, органа и системы органов вызывает изменения обмена веществ других клеток, тканей, органов и систем органов. Поэтому управление процессами жизнедеятельности в организме строится по принципу системной иерархичности, т.е. элементарные процессы подчинены более сложным.

Ведущее значение в физиологических механизмах сложных поведенческих актов принадлежит нервной системе . ЦНС регулирует и координирует физиологические функции, определяя их ритм и общую направленность. В свою очередь, частные формы физиологических функций благодаря обратным связям оказывают влияние на высший управляющий аппарат. Такая форма контроля и взаимного влияния физиологических функций лежит в основе системного управления в целостном организме.

П.К. Анохин первый обратил внимание на то, что системы в живом организме не просто анатомически соединяют входящие в них отдельные элементы, но и объединяют их для осуществления отдельных жизненно важных функций организма. Осуществление любого психического или физиологического процесса связано с образованием в организме функциональных систем, обеспечивающих достижение нужных результатов и обусловливающих целенаправленное поведение.

Под функциональной системой П.K. Анохин понимал временное саморегулирующееся объединение рецепторов, различных мозговых структур и исполнительных органов, взаимодействующих совместно с целью достижения приспособительных полезных для организма результатов.

В отличие от традиционных анатомо-физиологических систем, которые состоят из определенного постоянного набора органов, функциональные системы производят избирательное объединение различных органов в разных комбинациях из разных анатомических систем для достижения полезных для организма приспособительных результатов. Один и тот же орган, включенный в разные функциональные системы, может выполнять различные функции.

Функциональная система целостного поведенческого акта (рисунок 3) включает в себя следующие механизмы: I) афферентный синтез; 2) принятие решения; 3) акцептор результатов действия и эфферентная программа действия; 4) выполнение действия; 5) получение результатов действия и сравнение их на основе обратной афферентации с программой действия.

Стадия афферентного синтеза складывается из мотивационного возбуждения, обстановочной афферентации, использования аппарата памяти, пусковой афферентации.

Работа функциональной системы направлена на получение полезного приспособительного результата для удовлетворения возникшей биологической или социальной потребности. Вызвав активность в определенных структурах мозга, потребность приводит к возникновению мотивации. В организм постоянно поступает много разнообразной информации и одновременно может существовать несколько мотиваций. В каждый момент времени мотивация, в основе которой лежит наиболее важная потребность, становится доминирующей. Доминирующее мотивационное возбуждение определяет все последующие этапы мозговой деятельности по формированию поведенческих программ.

Для правильного программирования дальнейшего поведения организму необходимо оценить окружающую обстановку и свое положение в ней. Это достигается благодаря обстановочной афферентации , т.е. поступлению от рецепторов потока импульсов, несущих информацию об условиях, в которых предполагается осуществить поведенческий акт, направленный на удовлетворение возникшей потребности.

Обязательным компонентом, который неоднократно используется в функциональной системе, является нейрофизиологический аппарат памяти . Благодаря памяти, обстановочная афферентация сравнивается с теми условиями в прошлом, при которых была успешной деятельность, которую организму предстоит совершить.

Афферентный

Рисунок 3 – Упрощенная схема поведенческого акта с основными механизмами функциональной системы:

ОА – обстановочная афферентация; ПA – пусковая афферентация; MB – мотивационное возбуждение; ОС – обратные связи.

Если окружающая обстановка и состояние организма благоприятствуют предполагаемому поведенческому акту, то информация, поступающая от рецепторов, становится пусковой (пусковая афферентация ) для принятия решения о выполнении действий для удовлетворения потребности.

На основе афферентного синтеза осуществляется принятие решения . Извлекая из памяти информацию о собственном или чужом опыте по удовлетворению потребности в аналогичной обстановке, мозг выбирает один из многих способов для достижения поставленной цели. При этом избирательно возбуждаются нервные центры, которые обеспечивают осуществление выбранной поведенческой реакции. Деятельность нервных структур, мешающих выполнению данной реакции, тормозится.

Вслед за принятием решения формируется специальный аппарат прогнозирования будущих результатов – акцептор результатов действия и одновременно вырабатывается эфферентная программа действия . Акцептор результатов действия представляет собой нейронную модель предполагаемого результата, к которому должно привести данное действие. Предвидение будущих результатов происходит благодаря последовательному возбуждению корково-подкорковых структур мозга, которое опережает реальные события и возникает еще до поступления афферентных сигналов от рабочего органа (обратных связей) о выполнении действия. Информация о последовательности возбуждения нервных центров хранится, вероятно, в долговременной памяти.

Эфферентная программа действия представляет собой определенную последовательность набора нервных команд, поступающих на исполнительные органы – эффекторы. В каждом конкретном случае это могут быть различные комбинации органов из разных анатомических систем организма. Но они объединяются нервными и эндокринными влияниями и некоторое время функционируют взаимозависимо и совместно для достижения полезного приспособительного результата. Нередко разные функциональные системы для достижения различных приспособительных результатов могут использовать одни и те же органы. Например, сердце является необходимым компонентом и в функциональной системе для поддержания постоянного уровня кровяного давления, и в функциональных системах по обеспечению газообмена, терморегуляции и др.

Благодаря акцептору результатов действия осуществляется быстрое включение согласно с программой исполнительных органов функциональной системы и происходит выполнение действия.

Осуществление действия приводит к реальному результату, информация о котором с помощью обратной афферентации (обратных связей) поступает в акцептор действия, где сравнивается с запрограммированным результатом. Если полученный эффект соответствует запрограммированному, то человек испытывает положительные эмоции. Программа, приводящая к успешному выполнению поведенческого акта и полезному приспособительному результату, закрепляется в долгосрочной памяти, а сформировавшаяся функциональная система перестает существовать, т.к. произошло удовлетворение потребности и соответствующая мотивация перестает быть доминирующей.

При отсутствии ожидаемого результата возникают отрицательные эмоции и может произойти один из вариантов: 1) повторная попытка выполнения тех же рефлекторных реакций по той же программе; 2) при стойкой мотивации происходит перестройка программы действия, вносятся поправки в его выполнение; 3) при нестойкой мотивации отсутствие ожидаемого результата может привести к изменению самой мотивации или к ее исчезновению.

Таким образок, сложные поведенческие акты организма строятся не по типу раздражение рецептора – ответная реакция эффектора, а по принципу рефлекторных кольцевых взаимодействий, которые является одним из основных механизмов деятельности функциональных систем.

Можно привести следующий пример образования и деятельности функциональной системы в организации поведения в повседневной жизни. Приближение праздника 8-е Марта вызывает социальную потребность у подростка поздравить свою маму, в результате чего возникает доминирующее мотивационное возбуждение. Сын задумывается над тем, какой подарок сделать маме и вспоминает, что ей нравятся цветы гладиолусы, роман М. Митчел "Унесенные ветром", повести В. Быкова и французские духи.

Обстановочная афферентация показывает, что в начале марта цветущих гладиолусов не найти, а духи дорогие и на них у подростка не хватает денег. Доступность книг по цене делает эту афферентную информацию пусковой. Принимается решение – купить какую-нибудь из нравящихся маме книг, желательно роман «Унесенные ветром», т.к. она давно уже хотела его иметь. Школьник вспоминает, что нужную книгу он недавно видел в двух магазинах.

Составляется программа выполнения – посмотреть и купить роман в ближайшем книжном магазине. Однако в магазинах подросток узнает, что необходимый роман уже раскупили. Эта информация является отрицательной обратной связью. Она поступает в акцептор результатов действия.

Поскольку полученный результат (роман не куплен) не совпадает с запрограммированным, акцептор результатов действия вносит поправку в программу действий: съездить еще на книжный рынок и если не будет романа "Унесенные ветром", то купить книгу повестей В. Быкова. На книжном рынке подросток находит повести В. Быкова и покупает их. Полезный результат достигнут. Потребность школьника удовлетворяется, мотивация угасает и данная функциональная система перестает существовать.

ПОНЯТИЕ ОБ АДАПТАЦИИ. УЧЕНИЕ ОБ ОБЩЕМ

АДАПТАЦИОННОМ СИНДРОМЕ. СТРЕСС. РОЛЬ СИСТЕМЫ

ГИПОТАЛАМУС – ГИПОФИЗ – НАДПОЧЕЧНИКИ В АДАПТАЦИИ

В общебиологическом смысле адаптация – это совокупность врожденных и приобретенных анатомо-морфологических, физиологических, поведенческих и других особенностей организма, обеспечивающая его приспособление к условиям внешней среды и создающая возможность специфического образа жизнедеятельности. Адаптация поддерживает гомеостаз и возникает в результате процессов, протекающих на молекулярном, клеточном, органном, системном и организменном уровнях.

Ч. Дарвин показал, что адаптационные приспособления закрепляются в результате действия естественного отбора. В результате длительной эволюции и онтогенеза организмы адаптированы к своим адекватным условиям обитания. Например, рыбы приспособлены к жизни в воде, птицы – к полету и т.д. Приспособление к периодическому колебанию таких адекватных условий происходит в основном с помощью готовых специфических адаптивных механизмов . Различают общие адаптации и частные адаптации (специализации). К одним факторам среды организмы могут достигать полной, к другим – только частичной адаптации.

На первом этапе адаптации к колебаниям адекватных условий среды активируется условнорефлекторная деятельность организма, В дальнейшем, несмотря на повторные воздействия раздражителей, в процессе адаптации происходит угасание ориентировочной реакции и "привыкание" к действию раздражителя. В этом случае термин "адаптация" применяется в более узком смысле и обозначает снижение чувствительности рецепторов, а также приспособление центрального отдела соответствующего анализатора к постоянно действующему адекватному раздражителю. Адаптация рецепторов отличается от их утомления тем, что она быстро возникает после начала раздражения. Когда же действие раздражителя прекращается, то адаптация довольно быстро исчезает и чувствительность рецепторов повышается.

При выраженных изменениях окружающей среды возникают неадекватные условия для жизнедеятельности организма. Это включает в действие неспецифические адаптивные механизмы. В 1936 году канадский ученый Г. Селье в опытах на животных установил, что при действии на организм сильных и продолжительных раздражителей возникает комплекс неспецифических защитных реакций. Г. Селье назвал этот комплекс общим адаптационным синдромом . Состояние организма в период воздействия вредных факторов он назвал стрессом (от англ. стресс – напряжение), а факторы, вызывающие состояние стресса – стрессорами.

Каждый стрессор вызывает в организме характерные изменения. Так, например, вирус гриппа приводит к специфическому заболеванию – гриппу. Но наряду со специфическими изменениями в организме каждый стрессор вызывает ряд неспецифических, присущих всем видам стресса, стереотипных ответных реакций. Этот комплекс реакций, направленных на мобилизацию защитных сил организма, на сохранение его жизни, представляет собой общий адаптационный синдром. Он является механизмом общей адаптации организма.

В результате общего адаптационного синдрома обеспечивается : 1) мобилизация энергетических ресурсов организма и энергетическое обеспечение функций; 2) мобилизация пластического резерва организма и синтез ферментов и белков, необходимых для защиты организма от стрессора; 3) мобилизация защитных способностей организма.

Важной стороной механизма общей адаптации является то, что в результате приспособительного синтеза белков, происходит переход в долговременную адаптацию , в основе которой лежит изменение и совершенствование клеточных структур. Примером перехода краткосрочных адаптационных реакций в долговременную адаптацию является физическая тренировка, которая сопровождается повышением функциональных возможностей организма.

Развитие общего адаптационного синдрома невозможно без участия гипофиза и коры надпочечников . При их удалении у животных этот синдром не развивается, и они быстро гибнут под воздействием стрессора.

Г. Селье выделил три стадии в развитии общего адаптационного синдрома: стадию тревоги, стадию резистентности (устойчивости), стадию истощения.

Стадия тревоги начинается с момента начала действия на организм сильного раздражителя – стрессора. Стрессор вызывает повышение функциональной активности гипоталамуса , которое может осуществляться разными способами. Во-первых, рефлекторным путем , т.к. многие стрессовые раздражители, воздействуя на экстерорецепторы и интерорецепторы, вызывают поток импульсов от них к гипоталамусу. Во-вторых, большинство стрессоров вызывают возбуждение симпатического отдела нервной системы и усиление секреции адреналина мозговым веществом надпочечников. Адреналин, поступая с кровью в гипоталамус, значительно усиливает его активность. В-третьих, активирование гипоталамуса может быть вызвано также гуморальным путем в результате непосредственного воздействия продуктов обмена веществ и распада тканей, которые могут появиться в циркулирующей крови под действием сильного стрессора. В-четвертых, повышение функции гипоталамуса может возникнуть в результате воздействия импульсов, поступающих из коры больших полушарий при психическом стрессе.

Повышение функциональной активности гипоталамуса приводит к увеличению выработки в нем кортиколиберина , который поступает в переднюю долю гипофиза и там способствует повышению образования адренокортикотропного гормона (АКТГ ). АКТГ с током крови поступает в кору надпочечников и вызывает усиление секреции глюкокортикоидов . Глюкокортикоиды обладают противовоспалительным и противоаллергическим действием, активируют синтез многих ферментов, повышают проницаемость клеточных мембран для воды и ионов, повышают возбудимость ЦНС.

Глюкокортикоиды оказывают сильное воздействие на обмен белков, жиров и углеводов. Они способствуют распаду белков до аминокислот, что увеличивает количество исходного "строительного" материала для синтеза других белков и ферментов, необходимых в условиях стресса. Кроме того, под действием глюкокортикоидов в печени происходит образование углеводов из остатков аминокислот. Глюкокортикоиды усиливают мобилизацию жира из жировых депо и использование его в процессах энергетического обмена. Под влиянием глюкокортикоидов увеличивается запасы гликогена в печени и концентрация глюкозы в крови.

В результате такого многостороннего влияния глюкокортикоидов на обмен веществ улучшается энергетическое обеспечение физиологических функций и повышается устойчивость организма к стрессовым факторам.

Вторая стадия – стадия резистентности (устойчивости), характеризуется увеличением активности передней доли гипофиза и надпочечников, повышенной секрецией АКТГ и глюкокортикоидов. Увеличенное содержание глюкокортикоидов в крови повышает устойчивость организма к действию стрессора и общее состояние организма нормализуется, т.е. организм адаптируется к действию стрессора.

Однако всякое приспособление имеет свои границы. При длительном или слишком частом повторении воздействия сильного стрессора или при одновременном действии на организм нескольких стрессоров стадия резистентности переходит в третью стадию – стадию истощения . В эту стадию кора надпочечников не в состоянии вырабатывать еще большее количество глюкокортикоидов, названных Г. Селье адаптивными гормонами. Поэтому защитные силы организма и его сопротивление уже не могут полностью противостоять действию стрессоров. Состояние организма ухудшается, может наступить его заболевание и смерть.

Глюкокортикоиды играют также важную роль в адаптации организма к мышечным нагрузкам. При увеличении физической работы повышается активность коры надпочечников и содержание глюкокортикоидов в крови увеличивается. Это приводит к мобилизации энергетических ресурсов организма и он способен достаточно долго без ущерба для себя выполнять данную физическую или психическую нагрузку. Однако при длительных утомительных нагрузках вслед за первоначальным усилением происходит уменьшение выработки глюкокортикоидов. Энергетическое обеспечение работа становится недостаточным и организм снижает ее интенсивность или совсем прекращает. В противном случае наступает переутомление и истощение организма, что может стать причиной заболеваний.

ГУМОРАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФУНКЦИЙ. ФАКТОРЫ

ГУМОРАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ. ПОНЯТИЕ О ГОРМОНАХ И ИХ

СВОЙСТВАХ. ВЗАИМОСВЯЗЬ НЕРВНОЙ И ГУМОРАЛЬНОЙ

РЕГУЛЯЦИИ ФУНКЦИЙ

Различают два основных механизма регуляции функций – нервный и гуморальный, которые взаимосвязаны и образуют единую нейрогуморальную регуляцию.

Гуморальный (от латинского humor – жидкость), или химический механизм регуляции является филогенетически более древним. Он осуществляется за счет химических веществ, находящихся в циркулирующих в организме жидкостях, т.е. в крови, лимфе и тканевой жидкости. Факторами гуморальной регуляции функций могут быть: I) физиологически активные вещества – гормоны , вырабатываемые эндокринными железами и некоторыми другими органами и клетками организма (например, гормон адреналин вырабатывается эндокринной железой – мозговым веществом надпочечников, а также хромафинными клетками, находящимися в нервных узлах, стенке кровеносных сосудов и других органах); 2) некоторые специфические продукты обмена веществ клеток, в том числе и медиаторы (ацетилхолин, норадреналин и др.); 3) некоторые неспецифические продукты обмена веществ клеток (например, СО 2 оказывает возбуждающее действие на клетки дыхательного центра продолговатого мозга); 4) некоторые вещества , поступающие вместе с продуктами питания , при дыхании , через кожу (например, никотин, вдыхаемый с табачным дымом, снижает возбудимость нервных клеток и оказывает отрицательное воздействие на деятельность многих клеток и тканей).

Важнейшим видом гуморальной регуляции функций является гормональная регуляция , осуществляемая посредством гормонов , которые вырабатываются эндокринными железами. Кроме того, гормоноподобные вещества выделяются и некоторыми другими органами и клетками организма, выполняющими, помимо эндокринной, другую специализированную функцию (почки, плацента, клетки слизистой оболочки пищеварительного тракта и др.). Эти вещества получили название тканевых гормонов. Эндокринные железы (от греч. endon – внутри, crino – выделяю) не имеют выводных протоков и выделяют гормоны во внутреннюю среду организма, вследствие чего они получили второе название – железы внутренней секреции.

К эндокринным железам человека и высших животных относятся: гипофиз (передняя, промежуточная и задняя доли), щитовидная железа, паращитовидные железы, надпочечники (мозговое и корковое вещество), поджелудочная железа, половые железы (яичники и семенники), эпифиз, вилочковая железа. Половые железы и поджелудочная железа осуществляют наряду с внутрисекреторной и внешнесекреторную функцию, т.е. являются железами смешанной секреции. Так, половые железы вырабатывают не только половые гормоны, но и половые клетки – яйцеклетки и сперматозоиды, а часть клеток поджелудочной железы вырабатывает поджелудочный сок, который выделяется по протоку в 12-перстную кишку, где участвует в пищеварении.

Эндокринные железы осуществляют гуморальную регуляцию посредством вырабатываемых ими гормонов. Термин гормон (от греч. hormao – привожу в движение, возбуждаю) был введен В. Бейлисом и Е. Старлингом. По химическому строению гормоны высших животных и человека можно разделить на три основные группы: 1) белки и пептиды ; 2) производные аминокислот ; 3) стероиды . Биосинтез гормонов запрограммирован в генетическом аппарате специализированных эндокринных клеток.

По своему функциональному действию гормоны подразделяются на эффекторные , которые оказывают влияние непосредственно на орган-мишень, и тропные , основной функцией которых является регуляция синтеза и выделения эффекторных гормонов. Кроме того, нейронами гипоталамуса вырабатываются нейрогормоны, одни из которых – либерины стимулируют секрецию гормонов передней доли гипофиза, а другие тормозят этот процесс – статины .

Гормоны оказывают большое регулирующее влияние на различные функции организма. Выделяют три основные функции гормонов: 1) регуляция обмена веществ , в результате которой обеспечивается адаптация организма к условиям существования и поддерживается гомеостаз; 2) обеспечение развития организма , т.к. гормоны влияют на размножение организма, рост и дифференцировку клеток и тканей; 3) коррекция физиологических процессов в организме, т.е. гормоны могут вызвать, усилить или ослабить работу каких-то органов к осуществление физиологических реакций, что также обеспечивает адаптацию и гомеостаз организма.

Действие гормонов на клетки-мишени осуществляется путем влияния на активность ферментов , на проницаемость клеточных мембран и на генетический аппарат клетки . Механизм действия стероидных гормонов отличается от механизма действия гормонов белково-пептиднсй и аминокислотной групп. Гормоны белково-пептидной и аминокислотной групп не проникают внутрь клетки, а присоединяются на ее поверхности к специфическим рецепторам клеточной мембраны. Рецептор связывает фермент аденилатциклазу и она находится в неактивной форме. Гормон, действуя на рецептор, активирует аденилатциклазу, которая расщепляет АТФ с образованием циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). Включаясь в сложную цепь реакций, цАМФ вызывает активацию определенных ферментов, что и обусловливает конечный эффект действия гормона.

Стероидные гормоны имеют относительно небольшие размеры мо-лекул и могут проникать через клеточную мембрану. В цитоплазме гормон взаимодействует со специфическим веществом, являющимся для него рецептором. Гормон-рецепторный комплекс транспортируется в ядро клетки, где обратимо взаимодействует с ДНК. В результате этого взаимодействия активируются определенные гены, на которых образуется информационная РНК. Информационная РНК поступает в рибосому, где происходит синтез фермента. Образовавшийся фермент катализирует определенные биохимические реакции, что влияет на физиологические функции клеток, тканей и органов. В связи с тем, что стероидные гормоны не активируют готовые ферменты, а вызывают синтез новых молекул, действие стероидных гормонов проявляется медленнее, но длится дольше, чем влияние гормонов белково-пептидной и аминокислотной групп.

Гормоны обладают рядом характерных свойств:

1. Высокая биологическая активность . Это означает, что гормоны в очень малых концентрациях могут вызывать значительнее изменения физиологических функций. Так, 1 г адреналина достаточно, чтобы усилить работу изолированных сердец 10 миллионов лягушек, 1 г инсулина достаточно, чтобы понизить уровень сахара у 125000 кроликов. Гормоны транспортируются кровью не только в свободном, но и в связанном виде с белками плазмы крови или ее форменными элементами. Поэтому активность действия гормона в этом случае зависит не только от концентрации его в крови, но и от скорости отщепления его от транспортирующих белков и форменных элементов.

2. Специфичность действия . Каждой гормон имеет свою определенную химическую структуру. Поэтому в организме гормон, хотя и достигает с током крови всех органов и тканей, но действует только на те клетки, ткани и органы, которые обладают специфическими рецепторами, способными взаимодействовать с гормоном. Такие клетки, ткани и органы получили название клеток-мишеней, тканей-мишеней, органов-мишеней.

3. Дистантность действия . Гормоны, за исключением тканевых гормонов, переносятся кровью далеко от места их образования и оказывают действие на отдаленные органы и ткани.

4. Гормоны стероидной группы и в меньшей степени гормоны щитовидной железы сравнительно легко проникают через мембраны клеток.

5. Гормоны сравнительно быстро разрушаются в тканях и особенно в печени.

6. Гормоны стероидной и аминокислотной групп не имеют видовой специфичности и поэтому возможно применение для лечения человека гормональных препаратов, полученных от животных.

Интенсивность синтеза и выделения гормона железой регулируется в соответствии с величиной потребности организма в данном гормоне. Как только изменения, вызываемые каким-либо гормоном, достигают оптимальной величины, образование и выделение этого гормона уменьшаются. Регуляция уровня выделения гормонов осуществляется несколькими способами: 1) прямое влияние на клетки железы того вещества, уровень которого контролируется данным гормоном (например, при повышении концентрации глюкозы в крови, протекающей через поджелудочную железу, увеличивается секреция инсулина, снижающего уровень глюкозы); 2) гормоны, вырабатываемые одними железами, оказывают влияние на выделение гормонов другими железами (например, тиреотропный гормон гипофиза стимулирует секрецию гормонов щитовидной железой); 3) нервная регуляция образования гормонов осуществляется главным образом через гипоталамус путем изменения уровня секреции нейронами гипоталамуса либеринов и статинов, которые поступают в переднюю долю гипофиза и влияют там на выделение гормонов; 4) выработка гормонов клетками мозгового вещества надпочечников и эпифиза увеличивается при непосредственном поступлении к ним нервных импульсов. Нервные волокна, иннервирующие другие эндокринные железы регулируют в основном тонус кровеносных сосудов и кровоснабжение железы, тем самым влияя и на секрецию гормонов.

Разные гормоны, вырабатываемые разными железами, могут взаимодействовать между собой. Это взаимодействие может выражаться в синергизме действия, антагонизме действия и в позволяющем действии гормонов. Примером синергического, или однонаправленного, влияния можно привести действие адреналина (гормон мозгового вещества надпочечников) и глюкагона (гормон поджелудочной железы), которые активируют распад гликогена печени до глюкозы и повышают уровень глюкозы в крови. Пример антагонизма действия гормонов: адреналин повышает уровень глюкозы в крови, а инсулин (гормон поджелудочной железы) снижает уровень глюкозы.

Позволяющее действие гормонов выражается в том, что гормон, сам не влияющий на данный физиологический показатель, создает условие для лучшего действия какого-то другого гормона. Например, сами глюкокортикоиды (гормоны коры надпочечников) не влияют на тонус мускулатуры сосудов, но повышают их чувствительность к адреналину.

Деятельностью желез внутренней секреции управляет нервная система, которой принадлежит ведущая роль в нейрогуморальной регуляции функций. Взаимосвязь нервной и гуморальной регуляции особенно четко проявляется во взаимодействии отдела головного мозга – гипоталамуса и ведущей эндокринной железы – гипофиза. Одной из главнейших функций гипоталамуса является регуляция деятельности гипофиза . Различают две системы регуляции: 1) гипоталамо-аденогипофизарная , состоящая из некоторых ядер средней группы гипоталамуса, функционально связанных с аденогипофизом; 2) гипоталамо-нейрогипофизарная , состоящая из некоторых ядер передней группы гипоталамуса, связанных с задней долей гипофиза, т.е. нейрогипофизом.

Обнаружено, что секреция гормонов аденогипофиза регулируется нейрогормонами гипоталамуса, которые являются как бы гормонами гормонов. Нейрогормоны вырабатываются нейросекреторными клетками, входящими в среднюю группу ядер гипоталамуса. Нейрогормоны секретируются двух видов: 1) либерины , или рилизинг-факторы, усиливающие секрецию гормонов аденогипофизом; 2) статины (ингибиторы), оказывающие тормозящее действие на выделение некоторых гормонов аденогипофизом. Образующиеся в нейросекреторных клетках нейрогормоны поступают по аксонам этих клеток в кровь и с током крови по кровеносным сосудам транспортируются из гипоталамуса в аденогипофиз, где воздействуют на клетки, секретирующие тот или иной гормон. Секреция самих либеринов и статинов регулируется по принципу отрицательной обратной связи .

Гипоталамо-нейрогипофизарная система начинается от нейросекреторных клеток некоторых ядер передней группы ядер гипоталамуса. В этих клетках образуются гормоны окситоцин и вазопрессин (антидиуретический гормон), которые транспортируются по их длинным аксонам в нейрогипофиз, где и поступают в кровь.

Благодаря связям гипоталамуса с гипофизом создаётся единая нейрогуморальная регуляция функций .

СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МЫШЦ. СТРОЕНИЕ

МЫШЕЧНОГО ВОЛОКНА. САРКОПЛАЗМАТИЧЕСКИЙ

РЕТИКУЛУМ. МИОФИБРИЛЛЫ. МЕХАНИЗМ МЫШЕЧНОГО

СОКРАЩЕНИЯ. СОКРАТИТЕЛЬНЫЕ БЕЛКИ. ЭНЕРГЕТИКА

МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ

Структурной единицей скелетных мышц является поперечнополосатое мышечное волокно, имеющее диаметр от 10 до 100 мкм и длину 2-3 см. Каждое волокно – это многоядерное образование, возникающее в раннем онтогенезе из слияния клеток-миобластов. Снаружи волокно покрыто оболочкой – сарколеммой . Внутри находится цитоплазма, называемая саркоплазмой. В саркоплазме расположены саркоплазматический ретикулум и сократительный аппарат мышечного волокна – миофибриллы . Миофибриллы имеют вид тонких нитей диаметром порядка 1 мкм, расположенных в саркоплазме вдоль волокна. В одном мышечном волокне может содержать

Родоначальницей всех клеток иммунной системы является кроветворная стволовая клетка (КСК). Самоподдерживающаяся популяция таких клеток образуется в костном мозге и дает начало всем клеткам крови, а также КСК генерирует лимфоидную стволовую клетку (ЛСК) – общего прародителя всех лимфоцитов. ЛСК образует 2 типа клеток: предшественников Т-лимфоцитов и предшественников В-лимфоцитов из которых развиваются Т- и В- популяции лимфоцитов.

Развитие Т-лимфоцитов происходит в центральном органе иммунной системы – тимусе, поэтому Т-лимфоциты называют тимус-зависимые. Они образуют и поставляют в кровь три самостоятельных типа лимфоцитов – Т-помощники (хелперы, распознающие антиген и активизирующие В-лимфоциты, которые только после этого могут вступать в реакции), Т-эффекторы (вступающие в реакцию с антигеном) и Т-супрессоры (угнетатели, подавляющие иммунный ответ).

Предшественники В-лимфоцитов в бурсе Фабрициуса у птиц или ее аналогах у млекопитающих и человека (аппендикс, миндалины, а также сам костный мозг) становятся иммунокомпетентными и поставляют в кровь и периферические лимфоидные органы активные В-лимфоциты, способные обеспечивать накопление плазматических клеток, продуцирующих антитела.

Иммунная реакция организма может иметь различный характер, но всегда начинается с захвата антигена макрофагами (эти клетки так называются из-за их размеров и способности к фагоцитозу) крови и тканей. Антиген обрабатывается макрофагом, причем чаще всего подвергается лишь частичной деградации, некоторая часть его адсорбируется на поверхность макрофага. Именно благодаря этому Т-хелперы быстро распознают антиген. Одновременно с антигеном соединяются и Т-эффекторы. Это обеспечивает сенсибилизацию (повышение чувствительности лимфоцитов к антигену). Распознав антиген, Т-хелперы секретируют гамма-интерферон, который активирует макрофаги и способствует уничтожению захваченных ими микроорганизмов

Т- и В-лимфоциты с захваченными антигенами оседают в ближайших лимфатических узлах и там претерпевают ряд клеточных изменений, превращаясь в малодифференцированные клетки-бласты.

Интенсивно делясь, Т-лимфобласты образуют активные лимфоциты-киллеры, которые и обеспечивают специфический клеточный иммунитет . После того, как Т-киллер получает информацию о наличие чужеродного антигена, он совершает цитотоксическое действие (цитолиз). Т-киллер совершает «укол» клетки, выпускает из своей цитоплазмы специфические вещества, нарушающие целостность мембраны клетки-мишени, что в конечном итоге приводит к гибели этой клетки. Такие удары Т-киллер может производить неоднократно.

В-лимфобласты образуют активные В-лимфоциты и плазматические клетки, которые вырабатывают и выделяют в кровь антитела, осуществляющие специфический гуморальный иммунитет.

Одновременно с этим, Т-лимфобласты и В-лимфобласты вырабатывают и выделяют в кровь клетки иммунологической памяти, которые при повторном контакте с антигеном вызывают значительную активацию иммунитета. Например, если пересадить лоскут кожи (трансплантат) от одной особи к другой, то он отторгается в результате иммунной реакции через 10-11 дней. Вторичный трансплантат от того же донора отторгается в среднем в 2 раза быстрее. Подобная реакция носит название вторичного иммунного ответа и приводит к массовому выбросу антител, которые быстро нейтрализуют вредное действие антигена.

Так формируется иммунитет. Следует помнить, что иммунитет к одному антигену не защищает организм от других антигенов. Каждый раз при попадании в организм нового патогенного агента заболевание может быть предотвращено только в том случае, если образуются соответствующие антитела нового типа.

Т.о. в развитии иммунного ответа можно выделить 3 основные фазы:

1) афферентная фаза – распознавание антигена и активация иммунокомпетентных клеток;

2) центральная фаза – вовлечение в процесс клеток-предшественниц, пролиферация, дифференциация, в том числе в клетки памяти и клетки-эффекторы;

3) эффекторная фаза – разрушение, элиминация антигена из организма либо гуморальным путем за счет реакции антитело+антиген, либо клеточным – цитотоксическая реакция.

Еще одна важная особенность иммунитета – иммунологическая толерантность – характеризует способность иммунной системы не реагировать на антигены собственного организма.

Развитие лимфоидных образований в организме человека подчинено ряду закономерностей. Во-первых, все иммунные образования рано формируются в эмбриогенезе. Во-вторых, к моменту рождения человека все лимфоидные структуры в основном уже сформированы (это важно, т.к. после рождения организм ребенка один на один остается с внешней средой и ее многообразным влиянием). В-третьих, число и размеры лимфоидных образований (узелков) в стенках внутренних органов после рождения быстро увеличиваются, а в детском и подростковом возрасте достигают максимума. В-четвертых, эти показатели заметно уменьшаются до очень низких значений в пожилом и старческом возрасте, что ведет к снижению защитных возможностей организма. С этим, вероятно, коррелирует рост числа опухолевых и других заболеваний именно в эти периоды онтогенеза. Есть также основания предполагать, что именно более выраженное уменьшение массы иммунокомпетентных элементов обусловливает меньшую продолжительность жизни мужчин.

За последние десятилетия иммунная система людей испытывает огромную нагрузку в результате стрессов, применения лекарств, нездоровой экологии и вредных привычек.

Одним из основных показателей состояния иммунной системы является количественная характеристика, касающаяся различных форм лейкоцитов. В нормальных условиях количество лейкоцитов составляет 4 – 8,8*10 9 /л. Лейкоцитарная формула, т.е. % содержание в крови отдельных форм лейкоцитов, такова: нейтрофилы – 60-70%, эозинофилы 0-5%, базофилы – 0-1%, лимфоциты – 18-40%, моноциты – 2-9%. В настоящее время анализ крови дополняется данными о количественном составе лимфоцитов: в нормальных условиях на долю Т-лимфоцитов приходится 50-80% от всех лимфоцитов, на долю В-лимфоцитов – 20-30%, на долю 0-лимфоцитов – 10-20%. Отклонение от данных значений, характеризующих лейкоцитарную популяцию форменных элементов крови, указывает на наличие патологии (лейкопения, лейкоцитоз).

Как известно, в ходе иммунной ответной реакции между чужеродным антигеном и реагирующим только с ним (специфическим) антителом возникает физико-химическая связь, которая способствует нейтрализации, расщеплению антигенов. Возникает вопрос: каким путем может организм образовывать специфическое антитело на каждый из сотен тысяч антигенов, происходящих из внешней среды. Недавно еще пытались объяснить иммунную ответную реакцию двумя противоречащими друг другу теориями: инструктивной и избирательной теорией.

I. Инструктивная теория : антиген, дав образец, вызывает образование специфического, реагирующего только с ним антитела (эта теория в такой форме может считаться опровергнутой.)

II. Избирательная теория : в результате проведенных генетических исследований и выяснения химической структуры иммуноглобулина избирательная теория может считаться доказанной. На поверхности антигенов имеются детерминантные группы (боковые цепи); организм обладает унаследованной способностью, заложенной в ДНК клеточного ядра, образовывать реагирующие с антигенами специфические антитела. Если организм встречается с определенным антигеном, в результате стимуляции обладающие реактивным белком лимфоциты селективно размножаются; лимфоцитарная популяция, способная к образованию такого специфического антитела, называется клоном.

Образовавшееся антитело, по имеющемуся опыту, только отчасти специфично, ибо близкие виды или белки с подобной функцией дают перекрестную реакцию, ив отдельных случаях даже системно далекие антигены могут давать реакцию (например, антиген Форсмана). Это обусловлено тем, что в ходе иммунизации в организм почти всегда вводится одна или несколько комплексных белковых молекул, обладающих многочисленными характерными группами (детерминантами). При исследовании кристаллических и синтетических белков было, однако, установлено, что одна молекула иммуноглобулина может реагировать не более чем с двумя детерминантами.

В отношении антигенового детерминанта, согласно исследованиям Левина, в результате генетического регулирования к иммунной ответной реакции относится закон: "все или ничего". Согласно нашим исследованиям, это же правило относится и к аллергенам: чувствительный к синтетическому лизину-вазопрессину ребенок не дает никакой аллергической реакции на окситоцин, хотя последний только одной циклической аминокислотой отличается от вазопрессина, помимо лизина, представляющего биологическую эффективность.

Иммунотолерантность . Это состояние противоположно иммунитету: организм на введение чужеродного антигена не дает иммунного ответа, что, как вытекает из вышесказанного, может возникать в результате генетической особенности: у данного лица отсутствует способный к образованию соответствующего антитела лимфоцитарный клон. Под влиянием очень большого количества (насыщающего) антигена или часто повторяемой малой дозы антигена уже существующая иммунная ответная реакция может прекратиться и может возникнуть толерантность по отношению к определенному антигену, т. е. организм временно или окончательно потеряет способность синтезировать или отдавать иммунные вещества по отношению к данному антигену. Толерантность является такой же специфической, как и иммунная ответная реакция: она относится только к определенному антигену.

Механизм приобретенной толерантности:

1. Перевес антигенов блокирует антитела, находящиеся на поверхности лимфоцитов В, и препятствует размножению соответствующих клеточных клонов. Торможение клеточных функций с помощью цитотоксических средств способствует возникновению толерантности.

2. Антитело при введении его в большой концентрации также может привести к возникновению толерантности, связывая антиген еще до того, как он попадает к специфическим реактивным лимфоцитам.

3. Согласно большинству новых исследований, в деле возникновения толерантности весьма важной является стимуляция ингибирующих (супрес-сорных) клеток Т.

Гибридизация . По данным новейших исследований, совместным выращиванием двух видов лимфоцитов, способных к различным иммунным ответам, в тканевой культуре можно получить моноклональные (образующие один вид антител) клетки. Это открывает новую возможность пассивной защиты, и в будущем можно будет получать человеческие антитела в больших количествах.

Химическая структура молекулы иммуноглобулина известна по исследованиям Эдельмана. Уже раньше было выяснено, что молекула иммуноглобулина путем расщепления дисульфидных мостов может быть расщеплена на две цепи Н (heavy - тяжелая) и две цепи L (light - легкая). Папаиновым перевариванием молекула может быть фрагментирована и иначе: тогда отщепляются две части, называемые Fab, и одна часть, называемая Fc.

Фрагмент Fab . Он образует место связывания специфического антигена. Фрагмент содержит полную цепь L и часть цепи Н. Наружной (аминотерминальной) частью или отрезком N двух цепей является вариабельная - V - область. Она содержит 111 аминокислот, специфическое связывание которых обуславливается меняющейся по отдельным антителам очередностью, стерео конфигурацией. Очередность аминокислот (секвентность) другой части независима от способности к реакции со специфическим антигеном: это отрезок С (константный). Последний индивидуально различен, и, таким образом, по качеству ИгГ описано много вариантов.

Молекулярный вес цепей L:20000 . С точки зрения антигенности имеется два вида легких цепей: каппа и ламбда (но в одной молекуле имеется только один вид).

Фрагмент Fc . Он представляет часть цепи Н. Сам по себе не связывается к антигену, а в случае физико-химической реакции между Fab и антигеном индуцирует цепь биологических реакций.

Классификация иммуноглобулинов возможна на основании различной антигенности цепей Н; в настоящее время различаются пять видов иммуноглобулинов. Цепь L в каждом случае может быть двоякой: каппа и ламбда.