как наш организм защищается от вирусов и бактерий?

Иммунная система – это самая главная и основная защита нашего организма от опасных вирусов, бактерий и связанных с ними болезней.

Иммунная система включает в себя множество систем, органов, клеток и белковых молекул.

С одной стороны, мы страдаем, если наша иммунная система становится слабой, потому что мы становимся более чувствительны к вирусным, бактериальным, грибковым и другим инфекциям.

С другой стороны, мощная и неуправляемая реакция иммунной системы вызывает аллергии, аутоиммунные заболевания, например ревматоидный артрит, или нарушение функции легких, как это происходит при инфекции COVID19.

В этом разделе можно ознакомиться с тем, как иммунная система устроена на макро- и микроуровне, и как иммунная система защищает организм от внешних инфекций, последствий повреждений и внутренних нарушений в работе определенных тканей и клеток.

Как же выглядит иммунная система в целом на «макро-уровне»? Иммунная система ведет «военные действия» с множеством противников: вирусами, бактериями, токсинами, злокачественными раковыми клетками. Для этого наша иммунная система включает 3 основных уровня защиты, 3 уровня обороны: барьерный иммунитет, врожденный иммунитет и приобретенный иммунитет.

Каждый из этих уровней иммунной системы имеет свою структуру и механизм действия. Если «враг», в лице вируса, или бактерии, например, прорывает одну линию обороны, то наш организм включает следующий уровень защиты иммунной системы.

БАРЬЕРНЫЙ ИММУНИТЕТ представляет собой первую линиию защиты от внешних инфекций и токсинов, главным элементом которой является кожа. Мало, кто знает, что кожа — это самый большой орган человеческого тела. В среднем 1.83 квадратных метра. Кожа в иммунной системе является самым основным органом для защиты от внешних угроз в виде вирусов, бактерий, грибков, паразитов и токсинов. При этом кожа защищает нас, не только физически, не пропуская внутрь тела опасные патогенные организмы и вещества. Помимо этого, кожа также имеет способность инактивировать инфекции с помощью специальных активных веществ — химически и с помощью специальных клеток – биологически. В коже постоянно присутствуют иммунные клетки, как врожденного, так и приобретенного иммунитета.

На поверхности кожи клетки кожи вырабатывают и выделяют белковые вещества, которые обладают противомикробным действием против вирусов, бактерий и других патогенов. Внутри кожи находятся собственные иммунные клетки, задача которых отслеживать, определять, инактивировать или уничтожать патогены и информировать иммунные клетки по всему организму об их вторжении. Кожа, таким образом, имеет свою собственную автономную иммунную защиту первой линии. Постоянное отслаивание клеток кожи на поверхности также позволяет удалять опасные микробы и вещества и уменьшает риск их попадания внутрь организма.

Помимо кожи барьерная система включает в себя и другие важные элементы:

эпителий слизистой легких, которые защищает от респираторных инфекций вирусами и бактериями из воздуха
эпителий слизистой желудка, которые защищает от инфекций вирусами и бактериями из пищи и воды
эпителий слизистой почек, мочевого пузыря и мочеточника, которые защищает от инфекций вирусами и бактериями, которые попадают в мочеполовую систему
эпителий слизистой носовой полости, глотки и уха, которые защищает от инфекций вирусами и бактериями из воздуха

Так, например, поверхность легких покрыта эпителиальными клетками с ресничками, которые своим движением постоянно удаляют из легких инородные частицы, вирусы и бактерии, которые попадают туда с воздухом. Помимо этого, защиту обеспечивает и слизь, которую вырабатывают клетки эпителия легких и которая содержит белковые активные вещества, способные химически уничтожить вирусы и бактерии, попавшие в легкие во время дыхания.

В желудке клетки поверхностного слоя эпителия вырабатывают соляную кислоту, которая является смертельной для большинства вирусов и бактерий. Помимо этого, клетки эпителия желудка и иммунные клетки вырабатывают фермент лизоцим – который способен «переваривать» стенки большинства патогенных бактерий. Помимо желудка, лизоцим в большом количестве содержится в слезной жидкости, слюне и в материнском молоке.

Ну и что-же происходит, когда патогенных микробов или токсинов очень много и части их все-таки удается проникнуть внутрь организма?

Тогда вступает в действие вторая линия обороны – ВРОЖДЕННАЯ ИММУННАЯ СИСТЕМА. Термин «врожденный иммунитет» подразумевает, что это иммунная защита, которая существует и которой мы обладаем с самого момента рождения. Конечно, барьерный иммунитет тоже врожденный, но функционирует барьерный иммунитет особенным образом и поэтому представлен он отдельно.

Врожденный иммунитет является результатом эволюционного развития защиты от патогенных микробов и токсинов и не является специфическим, т.е. врожденный иммунитет реагирует на все виды инфекций одинаково, с одинаковым механизмом действия.

Врожденный иммунитет состоит из группы клеток иммунной системы и так называемой «системы комплемента» — группы защитных белков, постоянно присутствующих в плазме крови.

Клетки врожденного иммунитета включают в себя 8 типов:

— нейтрофилы
— тучные клетки
— базофилы
— дендроидные клетки
— эозинофилы
— моноциты
— макрофаги и
— натуральные киллеры (которые также относятся и к клеткам приобретенного иммунитета)

Происхождении клеток врожденного иммунитета, а также история возникновения их названий подробно описаны в разделе «Галерея наших защитников – какие клетки обеспечивают нашу защиту и иммунитет?».

Все клетки врожденного иммунитета имеют одно общее название – «лейкоциты» от греческого «ЛЕЙКОС» — белый и «ЦИТОС» клетка.

НЕЙТРОФИЛЫ – самые многочисленные клетки иммунной системы. Они составляют больше половины всех клеток иммунной системы (60-70%), и являются самой группой клеток врожденного иммунитета. Нейтрофилы играют значительную роль в иммунной функции защиты от вирусов и бактерий, который называется «фагоцитоз», от греческого «ФАГОС» — «есть, пожирать» и «ЦИТОС» — клетка. Фагоцитоз — это процесс, при котором клетки иммунной системы захватывают, поглощают внутрь, и переваривают другие клетки (вирусы, бактерии), а также разного рода частицы и субстанции (части умерших клеток). Нейтрофилы содержат в своих гранулах значительное количество ферментов, способных «переварить» поглощённые клетки и частицы.

Нейтрофилы циркулируют в крови и способны проникать в самые мелкие капилляры глубоко в тканях, куда другие клетки иммунной системы попасть не могут. Нейтрофилы очень мобильны, но период их существования относительно короткий. Нейтрофилы, как правило, становятся самыми первыми клетками иммунной системы, которые отвечают на инфекцию или воспалительную реакцию. Быстрая реакция нейтрофилов на патогены обусловлена их способностью воспринимать химические сигналы от самих патогенов и от других клеток организма.

Нейтрофилы содержат ядра, которые по форме имеют несколько «лепестков». Таких долей ядра может быть 3, 4 или 5. Кроме того каждый нейтрофил содержит 250-300 гранул с многочисленными ферментами, которые способны расщеплять разные вещества и клетки. Помимо этого, нейтрофилы содержат в своих гранулах факторы воспаления – цитокины, которые сигнализируют другим клеткам иммунной системы об опасности инфекции и активируют их.

ЭОЗИНОФИЛЫ – как и нейтрофилы имеют внутри ядро, которое разделяется на несколько «лепестков», но обычно этих лепестков 2, и они выглядят под микроскопом, как «очки». Также, как у нейтрофилов, внутри эозинофилов есть много гранул, которые содержат широкий набор разрушающих ферментов («химическое оружие» против микробов) и факторов воспаления. Доля эозинофилов в организме гораздо меньше, чем нейтрофилов. Эозинофилы составляют всего 1-3% клеток иммунной системы, но роль их очень важная. Эозинофилы – главный инструмент иммунной системы в защите от многоклеточных паразитов (таких как глисты), и конечно от многих видов бактерий и вирусов.

Также эозинофилы содержат ферменты, которые являются токсическими для клеток организма. Поэтому эозинофилы учувствуют в уничтожении злокачественных клеток и мертвых клеток нашего тела.

По этой причине эозинофилы (вместе с тучными клетками и базофилами) играют важную роль в развитии аллергии, астмы и аллергических ринитов. Эти заболевания проявляются, когда эозинофилы начинают бесконтрольно атаковать клетки эпителия слизистых оболочек в дыхательной и других системах.

БАЗОФИЛЫ – самые редкие клетки врожденной иммунной системы и составляют всего 0.5-1% иммунных клеток. Зато базофилы являются самыми большими по размеру и выполняют крайне важную роль – защищают организм от паразитов (например, глистов), и также играют важную роль в противодействии образования тромбов в крови, потому что содержат природный антикоагулянт (вещество: которое предотвращает свертывание крови) – гепарин.

Помимо этого, базофилы сдержат нейромедиаторы гистамин и серотонин. Поэтому (вместе с эозинофилами и тучными клетками) базофилы играют важную роль в развитии аллергических реакций и астмы.

ТУЧНЫЕ КЛЕТКИ – клетки иммунной системы, которые в большом количестве находятся в слизистой мембране дыхательной и пищеварительной системы, а также в головном мозге. Тучные клетки играют ключевую роль в заживлении полученных ран и защите от микробов.

Тучные клетки, также, как и эозинофилы, содержат в своих гранулах помимо разрушающих ферментов нейротрансмиттер гистамин и гепарин. Поэтому тучные клетки участвуют в развитии аллергических реакций, и регулируют свертываемость крови.

На поверхности тучных клеток есть рецепторы, с которыми могут связываться антитела (иммуноглобулин Е), специфичные к определенным микробам или веществам. За счет этого тучные клетки играют ключевую роль в развитии аллергических реакций на определенные вещества. Когда аллерген (вещество из цитрусовых, арахиса, молока, пыли и т.д.) попадает в организм, то он связывается с антителом (иммуноглобулин Е) на поверхности тучных клеток. Через рецептор тучные клетки активируются и начинают высвобождать гистамин и гепарин, факторы воспаления и разрушающие ферменты. Это активирует другие клетки иммунной системы и запускает реакцию воспаления. В норме это нормальная реакция на повреждение, инфекцию или интоксикацию. При нарушениях в работе иммунной системы гистамин высвобождается в очень больших количествах и вызывает аллергию.

За счет наличия рецепторов к антителам (иммуноглобулин Е) специфичным к определенным веществам и микробам, тучные клетки являются связующим звеном между врожденным и приобретенным иммунитетом.

МАКРОФАГИ и МОНОЦИТЫ – содержат одиночное ядро без «лепестков». На поверхности макрофагов находятся специальные рецепторы, которые могут связываться с вирусами, бактериями и органическими веществами их напоминающие (пример – компонент стенки пекарских дрожжей полисахарид бета глюкан). После связывания с рецептором макрофаг поглощает вирусы или бактерии, и расщепляет их специальными веществами — ферментами, с высокой химической активностью окисления. Этот явление называется «фагоцитоз» от греческого «ФАГОС» — «пожирать». Поглощение и расщепление патогенов сопровождается выделением большого количества про-воспалительных факторов (цитокинов), которые активируют и привлекают другие клетки иммунной системы в очаг воспаления.

Моноциты – это клетки иммунной системы, которые могут превращаться (дифференцироваться) в макрофаги и дендритные клетки.

ДЕНДРИТНЫЕ КЛЕТКИ – присутствуют в тканях, которые контактируют с внешней средой – коже, слизистой мембраны дыхательной системы, носоглотки, кишечника и желудка. Дендритные клетки способны связываться и нести на своей поверхности антигены – вещества, которые содержат вирусы, бактерии и другие патогены. После прикрепления антигена к поверхности дендритная клетка активируется, двигается в лимфатическую систему и в лимфатических узлах активируют клетки специфической иммунной системы – Т-киллеры представляя им антиген. После этого активированные Т-киллеры по «химическому следу антигена» находят патоген и уничтожают его.

Кроме этого, дендритные клетки производят интерфероны – органические соединения, которые играют ключевую роль в защите от вирусов и злокачественных образований. Интерфероны метят клетки, пораженные вирусом, или злокачественные клетки и помогают клеткам иммунной системы обнаружить и уничтожить их.

НАТУРАЛЬНЫЕ КИЛЛЕРЫ – называются «натуральными убийцами» потому, что уничтожают не микробов, а собственные дефективные клетки организма. Дефективными клетками являются клетки опухолей, клетки, зараженные вирусами и поврежденные клетки.

Для защиты от вирусов, бактерий и других патогенов наш иммунитет использует еще один инструмент, который называют «СИСТЕМА КОМПЛЕМЕНТА». Система комплемента (дополнения) включает в себя около 20 белковых ферментов, которые способны химически разрушать патогены. Благодаря этим ферментам клетки иммунной системы и антитела способны разрушать и уничтожать микробы. Ферменты системы комплемента позволяют выполнять свои защитные функции клеткам и врожденного и приобретенного иммунитета. Большинство ферментов системы комплемента синтезируются клетками печени (гепатоцитами). Поэтому здоровая печень очень важный фактор хорошего и эффективного иммунитета.

ПРИОБРЕТЕННЫЙ ИММУНИТЕТ – отсутствует у нас при рождении, но развивается и формируется в течении всей нашей жизни на основании нашего опыта контакта с различными микробами или токсинами.

Если патоген смог преодолеть барьерный иммунитет и врожденный иммунитет в борьбу с ним вступает приобретённый иммунитет.

Основными элементами приобретённого иммунитета являются антитела (вещества, которые вырабатываются для выявления и уничтожения патогенов) и специальные клетки иммунной системы, которые находятся в лимфе. Только 2-3% таких клеток присутствуют в крови. Поэтому эти клетки в общем называют лимфоцитами.

Когда какой-либо вирус или бактерия попадает внутрь организма первый раз ответ врожденного иммунитета будет нулевой или минимальный. Врожденный иммунитет еще не знает и не умеет выявлять и уничтожать такие патогены.

Но после первого контакта наша иммунная система «запоминает» вирус или бактерию по химическим признакам. Поэтому при возможном повторном заражении в будущем тем же вирусом или бактерией иммунная система быстро распознает и инактивирует возбудителя инфекции. При этом, реакция на этот патоген будет не только быстрой, но и очень интенсивной с большим количеством антител и клеток иммунной системы, направленных на обнаружение и уничтожение именно этого конкретного патогена.

Врожденный иммунитет включает в себя В-лимфоциты и Т-лимфоциты.

Происхождении клеток приобретенного иммунитета, а также история возникновения их названий подробно описаны в разделе «Галерея наших защитников – какие клетки обеспечивают нашу защиту и иммунитет?».

Чтобы защищаться от постоянного потока микробов, которые атакуют наше тело, организм производит очень много различных клеток приобретенного иммунитета. Постоянно в лимфатической системе циркулирует около 2 триллионов лимфоцитов, составляя 40-60% клеток иммунной системы в целом.

В-лимфоциты работают в так называемом «гуморальном иммунитете», т.е. в ответе иммунной системы за счет химических молекул – антител и разрушающих ферментов.

Т-лимфоциты работают в «клеточном иммунном ответе».

Т-лимфоциты бывают 2-х видов: Т-хелперы (от английского help – помогать) и Т- киллеры (от английского kill – убивать).

Т- хелперы помогают выполнять свои функции Т-киллерам и другим клеткам иммунной системы. После активации макрофагами и дендритными клетками, Т-хелперы стимулируют образование В-лимфоцитов, которые вырабатывают антитела против определенных типов патогенов и активируют клетки, которые способны уничтожить патоген – Т-киллеры и макрофаги. Т-хелперы активируются при химическом контакте с антигенами – химическими структурными элементами патогенов, которые образуют и выставляют на своей мембране клетки врожденного иммунитета при их уничтожении (макрофаги, дендритные клетки).

Т- киллеры являются токсичными для других клеток организма и способны уничтожать злокачественные и поврежденные клетки организма.

В-лимфоциты также активируют еще одни подтип Т-клеток – «Т-лимфоциты памяти», которые способны хранить информацию о патогене в течение многих лет для активации иммунной системы в случае повторного заражения.

В-лимфоциты производят антитела, специальные белковые молекулы, которые помогают определить патогены по их антигену (химическим структурам микроба). Конечно, В-лимфоциты способны производить антитела, если в прошлом у организма уже был контакт с патогеном, или если была проведена вакцинация, специфичная для этого возбудителя.

Антитела напоминают латинскую букву «Y» и имеют специальные химические элементы, которые способны связываться с химическими структурами – антигенами на поверхности конкретного вида вируса, бактерии или другого патогена.

Сами по себе антитела, связываясь с патогеном, не могут самостоятельно убить или разрушить его. Но антитела маркируют патоген, как цель, и активируют другие клетки иммунной системы (нейтрофилы, макрофаги) и разрушающие ферменты системы комплемента, которые могут это сделать.

В таблице выше приводятся характеристики врождённого и приобретённого иммунитета. Видно, что врожденный иммунитет очень древний. Врожденный иммунитет появился у нас, у людей, очень давно. Приобретенный иммунитет развился у нас относительно недавно в результате эволюции. Задача приобретенного иммунитета помочь нам более успешно приспособится к жизни в определённых условиях, в определенной среде, и противостоять определёнными патогенами, которые типичны для этой среды.

Поэтому мы склонны к заболеваниям при переезде на новое место и при контакте с новыми вирусами и бактериями, иногда достаточно опасными. Это наглядно показывает история эпидемии вируса SARS2, который возникнув в Китае, быстро распространился по всему миру. Чтобы снизить риск инфекции и тяжелой формы протекания заболевания важно укреплять свой иммунитет за счет ведения здорового образа жизни, своевременной вакцинации, а также за счет применения определенных природных иммуномодуляторов (например полисахарида бета-глюкан, компонента стенки пекарских дрожжей, который по структуре напоминает бактерию и активирует врожденный и приобретенный иммунитет). Смотри статью «КАК МОЖНО УКРЕПИТЬ ИММУНИТЕТ И СНИЗИТЬ РИСК ИНФЕКЦИИ?»