Układ odpornościowy człowieka - co warto wiedzieć?

W cyklu trzech kolejnych tekstów podajemy zarys wiadomości, które przybliżają  istotę działania układu odpornościowego człowieka. Zwięzłe podręczniki immunologii liczą kilkaset stron, stąd przedstawione teksty mogą być traktowane jedynie jako zestawienie wybranych zagadnień, których poznanie jest konieczne dla zrozumienia działania systemu, który pozwala nam balansować pomiędzy mikroskopijnymi wrogami zewnętrznymi i buntującymi się komórkami  własnego organizmu. Czym jest układ odpornościowy, częściej określany jako układ immunologiczny, przez niepoprawne tłumaczenie  angielskiego terminu  immune system. W zwięzłym opisie, jest systemem struktur: organów, tkanek, komórek i cząsteczkowych mediatorów i wieloetapowych procesów biologicznych chroniących organizm przed stanami patologicznymi, równocześnie zapewniając mu zdolność interakcji ze środowiskiem. Układ odpornościowy w kooperacji z układem nerwowym (z którego ewolucyjnie się wywodzi)  i hormonalnym utrzymuje homeostazę organizmu. Odgrywa również kluczową rolę w embriogenezie (rozwoju zarodka) oraz w naprawie i regeneracji tkanek. Przebieg odpowiedzi odpornościowej  rozpoczyna się od pierwszego kontaktu z patogenem (lub pierwszego szczepienia).

Na czym polega fenomen układu odpornościowego?

• umiejętności rozróżniania i traktowania w adekwatny sposób: prawidłowych komórek własnych organizmu; komórek obcych (np. przeszczepu) oraz patologicznie zmienionych komórek własnych (komórek nowotworowych, komórek zakażonych wirusami, komórek naturalnie zamierających); patogenów zewnętrznych (wirusów, bakterii, grzybów i pasożytów); obcych przedmiotów fizycznych (implanty, drzazgi) oraz na
•  zdolności: uczenia się, zapamiętywania i przechowywania danych (tylko w przypadku układu adaptacyjnego).

Układ odpornościowy – jak można go podzielić?

Ludzki układ odpornościowy dzieli się na układ wrodzony, działający nieswoiście jako pierwsza linia obrony, gotowy do natychmiastowej interwencji na szeroką gamę sytuacji i bodźców (odporność wrodzona) oraz  układ adaptacyjny, odpowiadający swoiście – precyzyjnie na określony bodziec (cząsteczkę, strukturę, etc.), lecz z opóźnieniem wynikłym z konieczności adaptacji: rozpoznania, a następnie rozbudowania swoistego mechanizmu efektorowego (odpowiedzi) równolegle z procesem zapamiętywania. Nasilenie i skuteczność odpowiedzi układu adaptacyjnego (odporności adaptacyjnej) na dany bodziec wzrasta z czasem ekspozycji i liczbą ekspozycji, co wykorzystano w  wieloetapowych szczepieniach.

Oba układy  wykorzystują: (1) mechanizmy komórkowe, angażujące wyspecjalizowane komórki odpornościowe kontaktujące się ze sobą bezpośrednio lub za pomocą cząsteczkowych mediatorów oraz (2) mechanizmy humoralne, w których uczestniczą czynniki obecne we krwi i w płynie pozakomórkowych (przeciwciała i elementy układu wiązania dopełniacza). W przypadku układu wrodzonego istotną rolę jako  pierwsza linia obrony odgrywają mechanizmy nie-komórkowe – niewyspecjalizowane, ale skuteczne bariery organizmu: fizyczne – np. skóra, błony śluzowe, łzy, śluz; chemiczne – związki o działaniu przeciwdrobnoustrojowym: α- i β-defensyny w śluzówkach; lizozym i fosfolipasa A2 w ślinie, kwas żołądkowy,  etc. Elementem układu nieswoistego jest także  flora bakteryjna (mikrobiota) przewodu pokarmowego, układu moczowo-płciowego, skóry, etc., blokująca rozwój gatunków  patogennych. Prawidłowa mikrobiota przewodu pokarmowego wypiera drobnoustroje patogenne i stabilizuje fizyczną nieprzepuszczalność nabłonka jelitowego dla drobnoustrojów patogennych. Aktywacja komórek układu wrodzonego nie tylko poprzedza, ale i pobudza odpowiedź układu adaptacyjnego (swoistego).

Cząsteczki  rozpoznawane przez układ odpornościowy i stymulujące jego odpowiedź poprzez wiązanie z tzw. receptorami noszą miano antygenów. Antygeny są na ogół białkami (prostymi lub złożonymi, np. glikoproteinami, czyli połączeniami białka i węglowodanów) stanowiącymi elementy struktur upostaciowanych: komórek (eukariotycznych i bakteryjnych), wirusów, pasożytów, etc. lub występującymi w formie bezpostaciowej (rozpuszczalnej)  w płynach ciała i krwi, żywności, etc.  Istotnym przykładem antygenów bezpostaciowych są toksyny bakteryjne. Ze względu na swoją immunogenność (zdolność do stymulacji układu odpornościowego) odzjadliwione toksyny (toksoidy) wykorzystywane są w szczepionkach.

Wybór: obcy z alternatywy swój-obcy decyduje o indukcji odpowiedzi  swoistego układu odpornościowego na któryś ze wspomnianych elementów.

Układ odpornościowy człowieka – co może powodować niedobór odporności?

Obniżenie aktywności swoistego układu odpornościowego (niedobór odporności) powoduje nawracające i zagrażające życiu infekcje, choroby zapalne i nowotworowe. Niedobór odporności może być wrodzony (genetyczny) lub nabyty m.in. w wyniku infekcji HIV (AIDS) lub leków immunosupresyjnych (np. u biorców przeszczepów). Nadreaktywność swoistego układu odpornościowego, powoduje atak na własne tkanki, prowadząc do chorób autoimmunizacyjnych (autoimmunologicznych), przykładowo: przewlekłego zapalenia tarczycy (Hashimoto), reumatoidalnego zapalenia stawów, cukrzycy typu 1 czy toczenia układowego, etc. Sądzi się, że choroby autoimmunizacyjne powodowane są predyspozycją dziedziczną. Niekiedy jednak (na przykład w gorączce reumatycznej) reakcję w stosunku do własnych tkanek wyzwala podobieństwo struktur patogenu do struktur powierzchniowych tych komórek i limfocyty T oraz przeciwciała kierują się przeciw komórkom własnym organizmu.

Tolerancja immunologiczna – na czym polega?

Przeciwieństwem mechanizmów autoimmunizacyjnych jest  tolerancja immunologiczna, immunotolerancja, polegająca na braku reakcji układu odpornościowego wybiórczo w stosunku do określonego antygenu. Podkreślmy, immunosupresja (czy niedobór odporności) polega na całkowitym lub częściowym ograniczeniu reaktywności układu odpornościowego wobec wszystkich dostępnych antygenów. Tolerancja immunologiczna dzieli się na tolerancję indukowaną sztucznie w celach leczniczych, dla zahamowania szkodliwej odpowiedzi na określone antygeny (przykładowo w chorobach alergicznych) oraz tolerancję naturalną, autotolerancję,  która polega na „obojętności” układu odpornościowego organizmu  wobec własnych antygenów, zwanych autogenami. Autotolerancja jest nabywana przez układ immunologiczny w trakcie rozwoju osobniczego. Gdy zawodzi dochodzi do syntezy autoprzeciwciał i rozwoju autoimmunizacji powodującej choroby autoimmunologiczne.

Nadreaktywność układu wrodzonego prowadzi do nawet niebezpiecznej dla życia burzy cytokinowej, odpowiedzialnej m.in. za śmiertelne przypadki COVID-19. Kolejne teksty: Wrodzony układ odpornościowy – odporność wrodzona  oraz Swoisty (adaptacyjny) układ odpornościowy – odporność nabyta (adoptywna) omawiają te dwa uzupełniające się aspekty naszej odporności.

Dr Tomasz Ochałek