Iedzimtā imūnsistēma — kas tā ir, funkcijas un nozīme
Uzzini, kas ir iedzimtā imūnsistēma, tās funkcijas un nozīme infekciju aizsardzībā — skaidri, īsi un zinātniski pamatoti skaidrojumi.
Iedzimtā imūnsistēma aizsargā saimnieku no infekcijām. Tajā ietilpst šūnas, kas atpazīst patogēnus (mikrobus) un uzreiz reaģē uz tiem. Iedzimtās imūnsistēmas atbildes reakcija nav specifiska: tā reaģē vienādi uz visiem patogēniem, ko tā atpazīst.
Atšķirībā no adaptīvās imūnsistēmas iedzimtā imūnsistēma nenodrošina ilgstošu imunitāti pret konkrētām infekcijām.
Iedzimtas imūnsistēmas nodrošina tūlītēju aizsardzību pret infekcijām un ir sastopamas visos augos un dzīvniekos. Iedzimtā sistēma ir evolūcijas gaitā senāka aizsardzības stratēģija. Tā ir galvenā imūnsistēma, kas sastopama augos, sēnēs, kukaiņos un primitīvos daudzšūnu organismos. Šī sistēma nav pielāgojama un nemainās indivīda dzīves laikā.
Par mugurkaulnieku iedzimto imūnsistēmu:
Galvenās sastāvdaļas un to funkcijas
- Fizioloģiskās barjeras: āda un gļotādas (elpošanas, gremošanas un uroģenitālās traktu gļotādas) fiziski neļauj mikrobiem iekļūt. Tāpat svarīgas ir skābs kuņģa vairākums, gļotas un cilijas elpceļos.
- Fagocītiskas šūnas: neitrofīli un makrofāgi fagocitē (apēd) baktērijas un šūnu atliekas. Makrofāgi arī “tīra” audus un producē citokīnus, kas regulē iekaisumu.
- Dendrītiskās šūnas: atpazīst patogēnus, uzsāk iekaisuma signālus un nodrošina saikni ar adaptīvo imūnsistēmu, prezentējot antigēnus T limfocītiem.
- Neirotrājs uniķas šūnas – dabiskie labilie nogalinātāji (NK šūnas): atpazīst un nogalina vīrusu inficētas šūnas un dažas vēža šūnas bez iepriekšējas sensitizācijas.
- Granulocīti: eozinofīli (svarīgi parazītu infekcijās un alerģijās), bazofīli un mastocīti (izdala histamīnu un citas mediators, kas iesaistīti alerģiskās reakcijās un iekaisumā).
- Komplementa sistēma: plazmas olbaltumvielu kaskāde, kas opsonizē mikrobus (padara tos vieglāk fagocitējamus), taisa poras mikrobu membrānās (MAC) un pastiprina iekaisuma signālus.
- Šķidrie mediatori: citokīni (piem., interleikīni, TNF), interferoni (īpaši svarīgi pret vīrusiem), akūti fāzes proteīni (piem., C-reaktīvais proteīns).
Atpazīšanas mehānismi — kā iedzimtā imūnsistēma atpazīst iebrucējus
Iedzimtās imūnsistēmas šūnas izmanto speciālas receptora klases — pattern recognition receptors (PRR) —, kas atpazīst molekulārus modeļus, kas raksturīgi mikrobiem (PAMPs) vai bojātām šūnām (DAMPs). Galvenās PRR grupas:
- Toll‑like receptori (TLR): atrodas šūnu membrānā vai endosomās; atpazīst baktēriju lipopolisaharīdus, vīrusu RNS utt.
- NOD‑like receptori: citoplazmā, reaģē uz intracelulāriem signāliem un veicina inflammasomas aktivāciju.
- RIG‑I‑like receptori: atpazīst vīrusu RNS un aktivē interferonus.
Iekaisums, drudzis un aizsardzības reakcijas
- Iekaisums ir ātra lokāla reakcija — uz to norāda sāpīgums, apsārtums, temperatūras paaugstināšanās un tūskas veidošanās. Tas pievilina imunšūnas un veicina patogēnu iznīcināšanu.
- Drudzis tiek inducēts ar citokīnu (piem., IL‑1, IL‑6, TNF) palīdzību un paaugstina ķermeņa temperatūru, kas var kavēt mikrobu pieaugumu un pastiprināt imūnreakcijas.
- Fagocitoze un mikrobu nogalināšana: fagocīti endocitozē mikrobus un izmanto skābekļa atkarīgus (reaktīvie skābekļa radikāļi) un neatkarīgus mehānismus (lizozīms, hidrolāzes) to iznīcināšanai.
Sadarbība ar adaptīvo imūnsistēmu
Iedzimtā imūnsistēma nosaka adaptīvās atbildes raksturu. Dendrītiskās šūnas un makrofāgi prezentē antigēnus T šūnām un izdala citokīnus, kas nosaka T šūnu diferenciāciju (piem., Th1 vs Th2). Komplementa komponentes un opsonizācija atvieglo arī B šūnu un antivielu efektivitāti. Tādējādi iedzimtā imūnreakcija ir nepieciešama, lai adaptīvā imūnsistēma efektīvi reaģētu uz jauniem patogēniem.
Kliniskā nozīme un traucējumi
- Konstitucionālas (iedzimtas) imūndeficīta slimības: piemēram, hroniska granulomatāra slimība (fagocītu skābekļa radikāļu ražošanas traucējumi) palielina biežu un smagu infekciju risku.
- Pārmērīga aktivācija: sepsi un "citokīnu vētras" gadījumā iedzimtā imūnsistēma var radīt plašu audu bojājumu un dzīvībai bīstamu sistēmisku iekaisumu.
- Alerģijas un autoinflamatoras slimības: mastocītu un citu iekaisuma mediatoru disbalanss var radīt pārmērīgas alerģiskas reakcijas vai hronisku iekaisumu.
- Novecošanās: ar vecumu iedzimtās imūnsistēmas efektivitāte samazinās (imunosenescence), pieaug infekciju risks un sliktāka vakcīnu atbildes reakcija.
- Diagnostika: laboratorijā bieži lieto pilnu asins analīzi (leikocītu diferenciāle), C‑reaktīvo proteīnu (CRP), prokalcitonīnu (sepses gadījumā), komplementa komponentu mērījumus un specifiskas imūndeficīta pārbaudes.
Kā atbalstīt iedzimto imunitāti
- Veselīgs uzturs ar pietiekamu olbaltumvielu, mikroelementu (dzelzs, cinks) un vitamīnu (īpaši D vitamīna) uzņemšanu.
- Regulāras fiziskās aktivitātes, pietiekams miegs un stresa vadība — tie visi uzlabo imūnsistēmas funkcijas.
- Higiēna un preventīvie pasākumi (piem., roku mazgāšana) samazina patogēnu ievadi.
- Vakcinācija — lai gan tā lielā mērā stimulē adaptīvo imūnsistēmu, efektīva sākotnējā iedzimtā reakcija ir svarīga vakcīnas radītai imunitātei.
- Nekurš nevajadzīgs antibiotiku lietojums jāizvairās, lai nesabojātu normālo mikrofloru, kas ir viena no ķermeņa pirmās līnijas aizsardzībām.
Kopsavilkums
Iedzimtā imūnsistēma ir ātra, neatkarīga un plaši izplatīta aizsardzības līnija, kas nodrošina sākotnējo aizsardzību pret mikrobiem un bojājumiem. Tā darbojas, izmantojot fiziskās barjeras, fagocītiskas šūnas, komplektu un citus šķidros mediatorus, kā arī receptorus, kas pēta molekulāros modeļus. Lai gan tā nav specifiska un nesniedz ilglaicīgu atmiņu kā adaptīvā imūnsistēma, iedzimtā atbildes loma ir neaizvietojama — tā ne tikai ierobežo infekcijas izplatību, bet arī "modeļo" adaptīvās imūnas reakcijas, kas ilgtermiņā nodrošina specifisku aizsardzību.
Anatomiskās barjeras
Iedzimto imūnsistēmu veido arī āda. Ādas ārējos slāņus sauc par epitēlijiem. Epitēlija šūnas veido vaskveida fizisku barjeru, kas neļauj iekļūt lielākajai daļai infekciju ierosinātāju. Šīs šūnas ir iedzimtās imūnsistēmas pirmā aizsardzības līnija pret iebrūkošiem organismiem.
Vecās ādas šūnas nokrīt, un tas palīdz noņemt uz ādas pielipušās baktērijas.
Āda turpinās iekšēji kā zarnu un plaušu gļotāda. Zarnās un plaušās peristaltikas vai skropstu kustība palīdz izvadīt infekcijas ierosinātājus. Arī gļotas aiztur infekcijas ierosinātājus. Zarnās zarnu flora var novērst patogēnās baktērijas, izdalot toksiskas vielas vai konkurējot ar patogēnajām baktērijām par barības vielām vai pieķeršanos šūnu virsmām.
Asaru un siekalu skalojošā iedarbība palīdz novērst acu un mutes infekciju.
Iekaisums
Iekaisums ir viena no pirmajām imūnsistēmas reakcijām uz patogēniem vai svešķermeņiem, kas nonāk pāri anatomiskajām barjerām.
Iekaisumu stimulē ķīmiskie faktori, ko izdala bojātās šūnas. Tas veido fizisku barjeru pret infekcijas izplatīšanos un veicina bojāto audu dzīšanu pēc patogēnu izvadīšanas.
Ķīmiskie faktori, kas rodas iekaisuma laikā, piesaista fagocītus, īpaši neitrofīlus. Neitrofili pēc tam iedarbina citas imūnsistēmas daļas.
Papildināšanas sistēma
Komplementa sistēma ir imūnsistēmas bioķīmiskā kaskāde, kas palīdz antivielām attīrīt patogēnus vai iezīmēt tos iznīcināšanai ar citām šūnām.
Kaskādi veido daudzi plazmas proteīni, kas tiek veidoti aknās. Olbaltumvielas darbojas kopā, lai:
- izraisa iekaisuma šūnu vervēšanu.
- marķēt patogēnus iznīcināšanai, pārklājot to virsmu.
- izjauc inficētās šūnas plazmas membrānu, izraisot inficētās šūnas citolīzi un patogēna nāvi.
- atbrīvot organismu no neitralizētiem antigēna un antivielu kompleksiem.
Komplementa kaskādes elementi ir sastopami daudzām sugām, kas nav zīdītāju sugas, tostarp augiem, putniem, zivīm un dažām bezmugurkaulnieku sugām.
Iedzimtas imūnās atbildes reakcijas šūnas
Visi baltie asinsķermenīši (WBC) tiek saukti par leikocītiem. Leikocīti atšķiras no citām ķermeņa šūnām: tie darbojas kā patstāvīgi, vienšūnas organismi. Tie var brīvi pārvietoties un uztvert šūnu atliekas, svešķermeņus vai iebrukušos mikroorganismus. Tos ražo asinsrades cilmes šūnas kaulu smadzenēs.
Pie iedzimtajiem leikocītiem pieder: dabiskās šūnas-zinātnieces, tuklās šūnas, eozinofīlus, bazofilus un fagocītiskās šūnas, tostarp makrofāgus, neitrofīlus un dendrītšūnas. Tās identificē un iznīcina patogēnus, kas izraisa infekciju.
Mastu šūnas
Mastocītas ir iedzimtas imūnās šūnas, kas atrodas saistaudos un gļotādās. Tās ir cieši saistītas ar aizsardzību pret patogēniem un brūču dzīšanu. Tās bieži ir saistītas arī ar alerģiju un anafilaksi. Aktivizējoties tuklajām šūnām, tās strauji izdala videi raksturīgās granulas, kas satur daudz histamīna un heparīna, kā arī dažādus hormonālos mediatorus un citokīnus, kas izraisa hematotaktisku reakciju. Histamīns paplašina asinsvadus, izraisot iekaisuma pazīmes, un rekrutē neitrofīļus un makrofāgus.
Fagocīti
Vārds "fagocīts" burtiski nozīmē "barojoša šūna". Tās ir imūnšūnas, kas uzsūc, t. i., fagocitē patogēnus vai daļiņas. Lai uzsūktu daļiņu vai patogēnu, fagocīts izstiepj savas plazmatiskās membrānas daļas, apņem membrānu ap daļiņu, līdz tā tiek aptverta (t. i., daļiņa tagad ir šūnas iekšpusē). Kad patogēns ir šūnas iekšpusē, tas nonāk endosomā, kas saplūst ar lizosomu. Lizosomā ir enzīmi un skābes, kas iznīcina un sašķeļ daļiņu vai organismu. Fagocīti parasti patrulē pa ķermeni, meklējot patogēnus, bet tie spēj reaģēt arī uz ļoti specializētu molekulāro signālu grupu, ko ražo citas šūnas un ko sauc par citokīniem. Imūnsistēmas fagocītiskās šūnas ir makrofāgi, neitrofili un dendrītšūnas.
Saimnieka šūnu fagocitoze ir izplatīta kā daļa no regulāras audu attīstības un uzturēšanas. Kad saimnieka šūnas iet bojā, fagocītiskās šūnas tās aizvāc no skartās vietas. Fagocitoze, likvidējot atmirušās šūnas, ir svarīga dziedināšanas procesa daļa.
Makrofāgi
Makrofāgi ir lieli fagocītiski leikocīti. Tie var pārvietoties pāri kapilāru šūnu membrānai un pārvietoties starp šūnām, lai medītu patogēnus. Makrofāgi ir visefektīvākie fagocīti, un tie var fagocītēt ievērojamu skaitu baktēriju vai citu šūnu vai mikrobu. Baktēriju molekulu saistīšanās ar receptoriem uz makrofāga virsmas izraisa baktēriju uzsūkšanu un iznīcināšanu. Patogēni arī stimulē makrofāgu ražot himokīnus, kas sasauc citas šūnas uz infekcijas vietu.
Neitrofili
Neitrofilus un divus citus šūnu tipus (eozinofīlus un bazofilus) sauc par granulocītiem (jo to citoplazmā ir granulas) vai polimorfonukleārajām šūnām (PMN), pateicoties to raksturīgajiem šķautņainajiem kodoliem.
Neitrofilu granulas satur dažādas toksiskas vielas, kas nogalina vai kavē baktēriju un sēnīšu augšanu. Neitrofilu galvenie produkti ir spēcīgi oksidētāji. Tie ir ūdeņraža peroksīds, brīvie skābekļa radikāļi un hipohlorīts. Neitrofili ir visizplatītākais fagocītu veids, kas veido 50 līdz 60 % no kopējā cirkulējošo leikocītu skaita. Tās parasti ir pirmās šūnas, kas nonāk infekcijas vietā. Normāla, vesela pieauguša cilvēka kaulu smadzenes dienā saražo vairāk nekā 100 miljardus neitrofilu, bet akūta iekaisuma laikā - vairāk nekā 10 reizes vairāk.
Dendrītšūnas
Dendrītšūnas (DC) ir fagocītiskas šūnas, kas atrodas audos, kuri saskaras ar ārējo vidi, galvenokārt ādā (kur tās bieži sauc par Langerhansa šūnām) un deguna, plaušu, kuņģa un zarnu iekšējās gļotādas. Dendrītšūnām ir ļoti liela nozīme antigēna prezentācijas procesā, un tās ir kā saikne starp iedzimto un adaptīvo imūnsistēmu.
Bazofili un eozinofili
Bazofili un eozinofili ir neitrofīlam radniecīgas šūnas (skatīt iepriekš). Ja saskarē ar patogēnu aktivizējas, bazofīli, izdalot histamīnu, ir svarīgi aizsardzībai pret parazītiem, un tiem ir nozīme alerģisku reakciju (piemēram, astmas) gadījumā. Aktivizējoties eozinofīli izdala virkni ļoti toksisku olbaltumvielu un brīvo radikāļu, kas nogalina baktērijas un parazītus. Tās pašas ķīmiskās vielas izraisa arī audu bojājumus alerģisku reakciju laikā. Tāpēc eozinofīlo aktivizācija un toksīnu izdalīšanās ir stingri regulēta, lai novērstu jebkādu neatbilstošu audu iznīcināšanu.
Dabiskās nāvējošās šūnas
Dabiskās killeršūnas jeb NK šūnas ir daļa no iedzimtās imūnsistēmas, kas tieši neuzbrūk mikrobiem. Tā vietā NK šūnas iznīcina apdraudētās saimnieka šūnas, piemēram, audzēja šūnas vai ar vīrusu inficētas šūnas. Tās atpazīst šādas šūnas pēc tā sauktā "pazudušā sevis" stāvokļa. Ar šo terminu apzīmē šūnas ar zemu šūnu virsmas marķiera, ko sauc par MHC I (galvenais histokompatibilitātes komplekss), līmeni. Tas var notikt, ja saimnieka šūnas ir inficētas ar vīrusiem. Tās tika nosauktas par "dabiskajiem slepkavām", jo tām nav nepieciešama aktivizācija, lai nogalinātu šūnas, kurām "trūkst sevis".
Skenēšanas elektronu mikroskopa attēls ar normālu cilvēka asins cirkulāciju. Redzami sarkanie asinsķermenīši, vairāki kupli baltie asinsķermenīši, tostarp limfocīti, monocīts, neitrofils un daudz mazu disku formas trombocītu.
Makrofāgs
Neitrofils
Eozinofīli
Bezmugurkaulnieku imūnsistēmas
Pretmikrobu peptīdi
Antimikrobiālie peptīdi jeb saimnieka aizsardzības peptīdi ir daļa no iedzimtās imūnās atbildes reakcijas. Tie ir sastopami visās dzīvības klasēs. Šie peptīdi ir spēcīgas plaša spektra antibiotikas. Tie iznīcina gan gramnegatīvās, gan grampozitīvās baktērijas, mikobaktērijas (tostarp Mycobacterium tuberculosis), apvalkotus vīrusus, sēnītes un pat pārveidotas vai vēžainas šūnas.
Jūras zivju avotos ir augsts antimikrobiālo savienojumu līmenis. Testēšana ar dzīvām zivīm parādīja, ka zivju peptīdi, ko izmanto pārtikas/barības sastāvdaļās, darbojas labi.
Dažādas pretmikrobu peptīdu struktūras
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir iedzimtā imūnsistēma?
A: Iedzimtā imūnsistēma ir aizsardzības mehānisms, kas aizsargā saimnieku no infekcijām. Tajā ietilpst šūnas, kas uzreiz atpazīst patogēnus (mikrobus) un reaģē uz tiem, bet nav specifiskas kādam konkrētam patogēnam.
Vai iedzimtā imūnsistēma nodrošina ilgstošu imunitāti pret konkrētām infekcijām?
Atbilde: Nē, atšķirībā no adaptīvās imūnsistēmas iedzimtā imūnsistēma nenodrošina ilgstošu imunitāti pret konkrētām infekcijām.
J: Kur mēs varam atrast iedzimto imūnsistēmu?
A: Iedzimto imūnsistēmu var atrast visos augos un dzīvniekos, kā arī primitīvos daudzšūnu organismos. Tā ir arī augiem, sēnēm, kukaiņiem un mugurkaulniekiem.
Vai iedzimtā imūnsistēma ir pielāgojama?
A: Nē, tā nav pielāgojama un nemainās cilvēka dzīves laikā.
J: Kā iedzimtā imūnsistēma aizsargājas pret infekcijām?
A: Iedzimtā imūnsistēma ātri reaģē uz patogēniem, kurus tā atpazīst, ātri aizsargājoties pret tiem.
J: Cik veca ir šī aizsardzības stratēģija salīdzinājumā ar citām stratēģijām?
A: Šī aizsardzības stratēģija ir evolucionāri senāka par citām stratēģijām, ko izmanto aizsardzībai pret infekcijām.
J: Kura tipa organismi aizsardzībā pret infekcijām galvenokārt izmanto iedzimto imunitāti?
A: Primitīvie daudzšūnu organismi aizsardzībā pret infekciju galvenokārt izmanto iedzimto imunitāti.
Meklēt