Серологічні реакції

Реакції між антигенами і антитілами in vitro або серологічні реакції широко використовуються в мікробіологічних та серологічних (імунологічних) лабораторіях з найрізноманітнішими цілями:

• серодіагностики бактеріальних, вірусних, рідше інших інфекційних захворювань,
• сероидентификации виділених бактеріальних, вірусних та інших культур різних мікроорганізмів

Серодиагностику проводять з допомогою набору специфічних антигенів, що випускаються комерційними фірмами. За результатами серодиагностических реакцій судять про динаміку накопичення антитіл в процесі захворювання, про напруженості постинфекционного або поствакцинального імунітету.

Сероидентификацию мікробних культур проводять для визначення їх виду, серовару за допомогою наборів специфічних антисироваток, також випускаються комерційними фірмами.

Кожна серологическая реакція характеризується специфічністю і чутливістю. Під специфічністю розуміють здатність антигенів або антитіл реагувати тільки з гомологічними антитілами, що містяться в сироватці крові, або з гомологічними антигенами відповідно. Чим вище специфічність, тим менше псевдопозитивних і псевдонегативних результатів.

В серологічних реакціях беруть участь антитіла, що належать головним чином до імуноглобулінів класів IgG і IgM.

Реакції, що протікають з укрупненням антигену

Реакція аглютинації і її варіанти. Реакція аглютинації (agglutinacio - склеювання) зовні проявляється в склеювання і випадання в осад корпускулярних антигенів: бактерій, еритроцитів, а також часток з адсорбованими на них антигенами під впливом антитіл в середовищі з електролітом. Реакція протікає у дві фази. У першій фазі відбувається специфічна адсорбція антитіл на поверхні клітини або частинки, що несе відповідні антигени, у другій - утворення агрегату (агглютината) і випадання його в осад, причому цей процес відбувається тільки в присутності електроліту (розчин хлориду натрію). Механізм реакції аглютинації описується теорією «решітки», згідно з якою агглютинат утворюється при з'єднанні одного активного центру двовалентного антитіла з детерминантной групою одного антигену, а другого активного центру - з детерминантной групою іншого антигену. Надлишок або нестача антитіл перешкоджає прояву аглютинації. Для постановки реакції аглютинації використовують корпускулярні антигени (суспензії бактерій, еритроцитів). Характер і швидкість реакції залежать від антигенної будови. бактеріальної клітини. Дрібнозернисту Про-аглютинацію дають бактерії, позбавлені джгутиків. Про-аглютинація протікає повільно. При наявності Н-антигену реакція проявляється в утворенні крупно-пластівчастого осаду і протікає значно швидше.

Реакція аглютинації недостатньо специфічна і чутлива. За даними ознаками вона поступається іншим серологічним реакціям (преципітації, зв'язування комплементу тощо). Підвищити специфічність і чутливість реакції можна шляхом розведення досліджуваної сироватки до її титру або половини титру. Титром сироватки називається то її максимальне розведення, в якому виявляється аглютинація антигену. Чим вище титр сироватки, тим достовірніші результати реакції. Щоб диференціювати причину позитивної реакції (раніше перенесена інфекція, вакцинація або поточне захворювання), оцінюють динаміку наростання титру антитіл, яке спостерігається лише при поточної інфекції.

При наявності у різних бактерій однакових або подібних групових антигенів вони можуть агглютинироваться однієї і тієї ж антисывороткой, що ускладнює їх ідентифікацію. У таких випадках застосовують реакцію абсорбції антитіл за Кастеллані. Ця реакція заснована на здатності споріднених груп бактерій адсорбувати з антисироватки групові антитіла при збереженні в ній типос-пецифических антитіл. Отримані сироватки називаються моноре-цепторными, так як містять антитіла тільки до одного певного антигену. Вони застосовуються для детального вивчення антигенної структури бактерій з метою визначення їх серовару.

Реакція непрямої, або пасивною, аглютинації (РПА). Під непрямий, або пасивною, аглютинацією розуміють реакцію, в якій антитіла взаємодіють з антигенами, попередньо адсорбованими на клітинах або частках. В якості сорбентів найчастіше застосовують еритроцити різних тварин, частинки целюлози, бентоніту або латексу. В деяких випадках користуються зворотним варіантом, тобто адсорбують на еритроцитах або інших частинках не антигени, а антитіла.

Реакція преципітації і її варіанти. Суть цієї реакції полягає в осадженні (преципітації) антигену, що знаходиться в дисперсному колоїдному стані, впливом специфічних антитіл в розчині електроліту. Механізми реакцій аглютинації і преципітації аналогічні і описуються теорією «решітки».

Реакція преципітації є високочутливим тестом, так як дозволяє виявити малі кількості антигену або гапте-на. Висока чутливість реакції преципітації дозволяє використовувати її для виявлення антигенів за допомогою відомих антисироваток. В одному з варіантів послідовні розведення антигену нашаровують на стандартне розведення діагностичної сироватки в пробірках, при цьому утворюється осад у вигляді кільця на межі двох середовищ (кольцепреципитация). Реакцію оцінюють по максимальному розведення антигену, при якому спостерігається кільце преципітації візуально. Крім того, помутніння може бути зафіксовано інструментальними методами - нефелометрией та ін.

Реакція преципітації застосовується в лабораторній практиці при діагностиці інфекційних захворювань, а також у судової медичної експертизи для визначення видової приналежності білків, зокрема білків кров'яних плям, сперми і т. д. За допомогою цієї реакції в санітарній практиці визначають фальсифікацію рибних та ресурсних виробів. В біології реакція прециации використовується для встановлення ступені філогенетичного спорідненості різних отрут тварин і рослин.

Імунодиффузія. Методи іммунодіффузіі являють собою варіант реакції преципітації, в якій взаємодія антигену з антитілами відбувається не в рідині, а в гелі, що дозволяє краще виявляти та фіксувати результати взаємодії. В якості гелю найчастіше використовується агарових або полиакриламидный гель.

Існує кілька варіантів постановки реакцій. Найчастіше використовується метод подвійної дифузії, при якому розчини, що містять антигени і антитіла, поміщають в лунки, вирубані в пластинці гелю, що перебуває на склі. При експозиції антигени і антитіла дифундують з лунок і на місці їх зустрічі утворюється смуга преципітації, добре видима неозброєним оком. Якщо в розчинах містилося кілька антигенних компонентів і відповідні антитіла, то вони дифундують в гелі з різною швидкістю і можуть утворити кілька смуг преципітації. Це дозволяє виявити не тільки факт присутності антигену, але і число складових компонентів. Взаємне розташування смуг при приміщенні в сусідні лунки порівнюваних антигенів дає можливість судити про ідентичність складових їх антигенів.

В іншому варіанті реакції розчин, що містить антитіла, змішується з гелем до його застигання і приміщення на скло. Антиген міститься в лунку і при його дифузії в гель, що містить антитіла, утворюється зона помутніння, діаметр якої пропоционален кількості антигену. Ця модифікація методу, який часто називається по імені автора - метод Манчіні, дозволяє кількісно визначати антигени.

Центральні та периферичні органи імунної системи

Центральними органами імунної системи називають органи, де відбувається формування і дозрівання імуноцитів. До них відносять кістковий мозок, вилочкової залози (тимус) і сумку Фабриціуса. Периферичні органи імунної системи містять зрілі лімфоцити. Тут після антигенного впливу відбувається їх подальша проліферація і диференціювання, продукуються антитіла і эффекторньш лімфоцити. До периферичних органів належать селезінка, лімфатичні вузли, скупчення лімфоїдної тканини під слизовими поверхнями шлунково-кишкового, дихального, сечостатевого трактів (групові лімфатичні фолікули, тонзиллы, пейєрові бляшки).

Тимус, чи вилочкова залоза, - лимфоэпителиальный орган. Він складається з частин, кожна з яких містить корковий і мозковий шар. Клітини-попередники тимоцитів формуються в кістковому мозку і через кров потрапляють в кору тимуса. Основним елементом кори є фолікули Кларка, в яких навколо приводить кровоносної судини концентруються епітеліальні і дендритні клітини, макрофаги і лімфоцити. Клітини і їх гуморальні продукти (цитокіни, гормони) стимулюють поділ незрілих лімфоцитів, що надійшли в кору. В процесі ділення вони дозрівають. На їх поверхні з'являються нові структури, а деякі стадиоспецифические структури втрачаються. Структури, що визначають особливості клітин імунної системи, що володіють антигенними властивостями. Вони отримали назву «Cluster of differentiation» (показник диференціювання) і позначення CD. Лімфоцити дозрівають в тимусе, - Т-лімфоцити мають характерні для них молекулами CD2, визначальними їх адгезивні властивості і молекулами CD3, являюиимися рецепторами для антигенів. В тимусе Т-лімфоцити диференціюються на дві субпопуляції, що містять антигени CD4 + або CD8. Лімфоцити CD4 мають властивості клітин-помічників - млперов (Тх), лімфоцити CD8 - цитотоксичними властивостями, а також супрессорным ефектом, що полягає в їх здатності поваляти активність клітин імунної системи.

За одну добу в тимусе утворюється 300-500 млн. лімфоцитів. При тгом на клітинах формуються рецептори як до чужорідних, так і до власних антигенів. В ході дозрівання Т-лімфоцити проходять позитивну селекцію - відбір клітин, що володіють рецепторами для молекул головного комплексу тканинної сумісності " (МПЗ), що забезпечують можливість подальших контактів Т-лімфоцитів з клітинами, що представляють їм чужорідний антиген. У кірковому шарі тимуса відбувається і негативна селекція: клітини з рецепторами для власних антигенів, що вступають в контакт з ними гинуть. В результаті в мозковий шар тимуса надходить 3-5% клітин сформувалися в кірковому шарі. Це лімфоцити з рецепторами до чужорідних антигенів здатні згодом після контакту з відповідним антигеном реалізувати специфічну імунну реакцію. В мозковому шарі диференціювання лімфоцитів завершується формуванням CD⁴⁺- та С0⁸⁺-лімфоцитів. Дозрівання клітин в тимусе триває 4-6 діб., після чого лімфоцити надходять у кров, лімфу, тканини, у вторинні органи імунної системи.

Епітеліальні клітини тимуса утворюють пептидні гормони та гормоноподібні пептиди: тимулин, альфа і бета-тимозин, тимопоетин, сприяють дозріванню і диференціювання Т-лімфоцитів в тимусе і поза нього. Виділення цих гормонів і створення їх синтетичних аналогів проводиться для створення лікарських засобів, що регулюють імунологічні функції. Тимус починає функціонувати у шеститижневого ембріона людини, до народження його маса сягає 10-15 м, до початку статевого дозрівання - 30-40 г. Далі відбувається поступова інволюція тимуса з втратою до 3% активної тканини щорічно. Інволюція тимуса супроводжується зниженням продукції Т-лімфоцитів. Їх рівень в організмі підтримується за рахунок довгоживучих клітин, внетимусного дозрівання частини клітин під дією цитокінів. Припускають, що наслідки інволюції тимуса входять в число причин старечої патології і визначають тривалість життя людини.

Кістковий мозок, загальна маса якого у людини досягає 3 кг, виконує кілька імунологічних функцій. Як вже згадувалося, кістковий мозок служить місцем походження всіх клітин імунної системи. Тут же відбувається дозрівання і диференціювання В-лімфоцитів. Кістковий мозок функціонує і як вторинний орган імунної системи. Макрофаги кісткового мозку володіють фагоцитарною активністю, а В-лімфоцити диференціюються в плазматичні клітини, які продукують антитіла. Напрямки диференціювання стовбурових клітин кісткового мозку визначаються клітинами строми кісткового мозку, макрофагальными клітинами, лімфоцитами та утворюваними ними цитокінами. Клітини кісткового мозку продукують гормоноподобный пептидний фактор, що сприяє активації В-лімфоцитів.

Лімфатичні вузли - скупчення лімфоїдної тканини, розташовані по ходу лімфатичних і кровоносних судин. У людини є 500-1000 лімфатичних вузлів, а також більш дрібні скупчення лімфоїдної тканини під слизовими поверхнями і в шкірі. Лімфатичні вузли забезпечують неспецифічну резистентність організму, виконуючи функції бар'єрів і фільтрів, видаляють з лімфи і крові чужорідні частинки. Разом з тим лімфатичні вузли служать місцем формування антитіл і клітин, що здійснюють клітинні імунні реакції.

Шкіра, епітеліальні та паренхіматозні органи містять численні лімфатичні капіляри, збирають тканинну рідину, іменовану лімфою. Лімфа надходить далі в лімфатичні судини, по ходу яких послідовно розташовується безліч лімфатичних вузлів, строма яких служить фільтром, видаляються з лімфи практично всі чужорідні частинки, у тому числі і віруси, і до 2% розчинних антигенних молекул. У лімфовузлах імунного організму затримуються практично всі водорозчинні антигени.

Лімфатичний вузол покритий сполучнотканинною капсулою, від якої всередину вузла відходять трабекули, які поділяють його на частки, у яких міститься кіркова і мозкова речовина, а між ними лежить паракортикальный шар. Основною структурою коркового речовини є скупчення лімфоїдних фолікулів, що містять лімфоцити, переважно В-групи, дендритні клітини і макрофаги. Лімфоїдні фолікули можуть бути первинними і вторинними. Первинні фолікули переважають у покоющемся лімфовузлі, що містяться в них клітини малоактивні, мітози трапляються рідко. У випадках формування реакції на антиген первинні фолікули перетворюються у вторинні фолікули, звані також зародковими центрами.

В-лімфоцити, які перебували в первинному фолікулі, у відповідь на що надійшов у вузол антиген активуються за допомогою Т-клітин, починає швидко ділитися і диференціюватися в антителообразующие клітини - зрілі лімфоцити і плазматичні клітини, а також клітини імунологічної пам'яті, що забезпечують швидкий відповідь на нове надходження антигену. Частина антітелообразующіх лімфовузлів переміщається в мозковий шар лімфовузла, в інші лімфовузли, де продовжують продукувати антитіла. Простір між фолікулами коркового шару і паракортикальные зони мозкового шару алолнены переважно Т-лімфоцитами, з яких при імунній реакції формуються цитотоксичні та інші ефекторні лімфоцити, які здійснюють клітинні реакції імунного захисту. В мозковому шарі лімфатичного вузла міститься велика кількість макрофагів, які здійснюють фагоцитоз надходять в лім-фоузел мікроорганізмів та інших чужорідних частинок.

Функції периферичних органів імунної системи виконують також лімфоїдні структури глоткового кільця, кишечника, сечостатевих органів, шкіри, бронхів і легенів. Структури, що забезпечують захист слизових, отримали назву - лімфоїдна тканина, асоційована зі слизовими - MALT (Mucosa-associated lymphoid tissue). До складу MALT входять GALT, BALT - лімфоїдні тканини, «ссоциированные з кишечником, з бронхолегеневою системою. До них примикають лімфоїдні структури шкіри-SALT (Skin associated lymphoid tissue). Клітинні структури цих лімфоїдних утворень, а також лімфоцити, що знаходяться в тканинах, мають те ж походження, що і структури інших периферичних органів імунної системи.

Вікові особливості імунітету: Імунна система новонароджених, дітей і підлітків

Другий період розвитку імунної системи (після народження) характеризується подальшим поступовим її вдосконаленням під впливом різноманітних факторів зовнішнього і внутрішнього середовища організму. Найбільше значення для повного дозрівання матеріального субстрату імунної системи і тренування її функціональних можливостей мають антигенні стимули з боку мікрофлори та інших экзоантигенов.

Протягом усього часу розвитку дітей і підлітків відбувається адаптація систем і ланок імунної системи до динамічних умов зовнішнього середовища, а також координація іммунологічних механізмів нейроендокринної регуляції функцій організму. Незважаючи на гадану анатомічну відособленість імунних органів і клітин, вони є частиною цілісного організму. Be тільки патологія імунітету відбивається на роботі інших орга-аов і систем, але і імунна система реагує більшою чи меншою мірою на патологію інших систем організму. Особливо вона чутлива до метаболічних порушень, які вносять дисбаланс у фізіологію імунокомпетентних клітин, перекручують продукцію аитокинов.

Зрозуміло, що поки в основному не завершиться процес становлення імунної системи (до 16-18 років), вплив несприятливих хімічних, біологічних і фізичних факторів викликає більш глибоке порушення імунітету, ніж у зрілому віці.

В імунній системі дітей, від моменту народження до періоду зрілості, закономірно відбуваються критичні морфофункціональні зрушення. Ці етапні моменти в онтогенезі імунної системи збігаються з перехідними періодами загального розвитку дитячого організму. Іноді їх образно називають віхами, або верстовими стовпами (milestones).

Перший імунний криза за часом збігається з періодом новонародженості, коли організм вперше зустрічається з величезною кількістю чужорідних антигенів. Лімфоїдна тканина, клітини, відповідальні за механізми неспецифічної реактивності, отримують колосальний стимул для розвитку вже в перші години. Різноманітна мікрофлора активно колонізує шлунково-кишковий тракт, дихальні шляхи, шкіру, при цьому на організм обрушується водоспад антигенів. Звичайно, велике значення має якісний склад природної мікрофлори тіла: якщо швидко сформується нормальна мікробіота товстого кишечника (з переважанням біфідобактерій та інших анаеробів), то розвиток імунної системи піде правильніше.

Фізіологічний розвиток лімфоїдного апарату новонародженого характеризується швидкими темпами заселення лімфоцитами брижових, мезентеріальних та інших периферичних лімфовузлів, збільшенням їх маси та зростанням функціональної активності. У них різко зростає концентрація плазматичних клітин, що синтезують імуноглобуліни.

Відставання в розвитку лімфоїдної системи відмічено у дітей, народжених за допомогою операції кесаревого розтину. При цьому заселення порожнин організму мікрофлорою відбувається з істотною затримкою, до того ж якість цієї мікрофлори відрізняється від придбаної при нормальних пологах.

Показано на тварин, вирощених у безмикробных умовах (гнотобионтах), що їх лімфоїдний апарат недостатньо розвинений через відсутність антигенної стимуляції.

Тільки після народження вперше активно і широко включаються механізми імунного реагування Т - і В-систем. Однак у цих реакціях переважає супрессорный компонент, тому що процес антитілоутворення (реакція В-системи) і цитотоксичні реакції Т-клітин ще розвинені недостатньо.

Цікаво відзначити, що кількість Т - і В-клітин у крові новонароджених найчастіше відповідає їх змісту у дорослих. Головна відмінність - функціональна неповноцінність регулятор-них і виконавчих клітин через недосконалість системи цито-киновой регуляції імунної системи у дітей раннього віку.

Як було зазначено вище, імунна регуляція здійснюється протизапальними цитокінами - ІЛ-1, ІЛ-6, ІЛ-8, ІЛ-12, фактором некрозу пухлини (ФНП), альфа - і гамма-інтерферонами та ін, а також цитокінами, безпосередньо регулюють напрям і спектр імунної відповіді (ІЛ-2, ІЛ-5, ІЛ-7). Інші беруть участь на етапі більш ранньої регулювання миеломоноцитопоэза і лімфопоезу (ІЛ-3, колонієстимулюючі фактори). У різних ситуаціях деякі цитокіни здатні здійснювати протилежні ефекти, що свідчить про широкому спектрі їх фізіологічних функцій. Механізми функціонування багатокомпонентного ансамблю цитокінів, які беруть участь у регуляції системи, ще недостатньо вивчені.

Проте вже зараз можна з упевненістю говорити про те, що злагоджена робота клітин імунної системи залежить, з одного боку, від ефективності синтезу цих цитокінів різноманітними продуцентами (макрофаги, моноцити, Т - і В-клітини, ЕК-клітини, епітеліальні клітини, фібробласти, стромальні клітини кісткового мозку та ін), з іншого - від здатності чутливих клітин імунної системи сприймати цитокиновые сигнали і адекватно відповідати на них. Це залежить від якості експресії на мембранах клітин відповідних рецепторів. Природно, що для дозрівання складної системи цитокиново-клітинної імунної регуляції системи потрібні роки.

Якщо судити за зовнішнім проявам, то для періоду новонародженості характерний слабкий імунна відповідь на антигени з-за незрілості Т - і В-лімфоцитів, а також у зв'язку з функціональною слабкістю фагоцитозу (мала концентрація опсонінов в крові, знижений процесингу антигенів макрофагами, що веде до невиразної антигенної презентації). Ще недостатньо розвинені природні кілери (ЕК-клітини). Цим, зокрема, пояснюється низький рівень гаммаинтерферона.

В силу неспроможності імунної системи дитини раннього віку основні захисні функції виконують пасивно набуті сироваткові і секреторні антитіла. Сироваткові антитіла в основному представлені материнських IgG, які вчинили трансплацентарний перехід в ембріональній стадії. Частина сироваткових імуноглобулінів дифундує з материнського молока в кров дитини з кишечника. При інфікуванні імунна система новонародженого здатна до первинного гуморальній імунної відповіді з переважним синтезом IgM, імунологічна пам'ять ще не функціонує.

Секреторні імуноглобуліни, в основному у вигляді SIgA, у великій кількості надходять з материнським молоком і здійснюють функцію місцевого імунітету у шлунково-кишковому тракті.

В цілому для новонароджених характерна низька резистентність по відношенню до різних бактерій, особливо до умовно-патогенної, гноєродной (слабкий фагоцитоз), грамнегативною (низька активність системи комплементу та антитіл) мікрофлорі. У цей період відзначається небезпечна тенденція до генералізації гнійно-запальних інфекцій з переходом в сепсис.

Другий критичний період в імунному статусі дитини припадає на вік 3-6 міс. Він характеризується поступовим ослабленням пасивного гуморального імунітету через зменшення концентрації материнських імуноглобулінів, отриманих ще в ембріональному періоді. Повне зникнення материнських молекул антитіл відбувається значно пізніше. Високочутливі методи імунного аналізу виявляють їх до 18 міс, що має визначальне значення при вирішенні питання про походження антитіл до збудника Сніду в крові дитини.

У цей час на тлі скорочення запасу материнських антитіл і переважання супресорної реакції імунної системи немовляти можуть проявлятися приховані досі ознаки вроджених имму-нодефицитов, нерідко розвивається рання иммунопатология у вигляді харчової алергії.

Нормальна мікрофлора організму людини

Для виникнення інфекційного процесу важливе значення поряд з властивостями збудника має стан макрооргазма. Воно визначається складним комплексом чинників і механізмів, тісно пов'язаних між собою, і характеризується як сприйнятливість (чутливість) або несприйнятливість (резистентність) до інфекції.

Неспецифічну протиінфекційну захист організму здійснюють шкірні та слизові покриви, внутрішні бар'єри організму, лімфатичні освіти у всіх тканинах і у вигляді самостійних органів - лімфатичних вузлів, фагоцитирующие клітини та природні кілери, а також гуморальні фактори - лізоцим, білки гострої фази, комплемент, інтерферон та інші цитокіни. Найважливішим фактором неспецифічного захисту є нормальна мікрофлора шкіри і слизових. Частина згаданих факторів діє постійно (лізоцим), інші - тільки після активації (комплемент), або після стимуляції продукують їх клітин (інтерферон).

Нормальна мікрофлора людини відіграє важливу роль в захисті організму від патогенних мікроорганізмів. Представники нормальної мікрофлори беруть участь у неспецифічного захисту заселених ними ділянок шлунково-кишкового, дихального, сечостатевого трактів, шкірних покривів.

Мешкають в певних біотопах мікроорганізми перешкоджають адгезії і колонізації поверхонь тіла патогенними мікроорганізмами. Захисна дія нормальної мікрофлори може бути обумовлено конкуренцією за поживні речовини, зміною рН середовища, продукцією колицинов та інших активних факторів, що перешкоджають впровадженню і розмноження патогенних мікроорганізмів.

Нормальна мікрофлора сприяє дозріванню імунної системи та підтримки її в стані високої функціональної активності, так як компоненти мікробної клітини неспецифічно стимулюють клітини імунної системи. Істотна захисна і імуностимулююча роль нормальної мікрофлори виявляється тоді, коли гнотобионты (тварини, вирощені в стерильних умовах) гинуть після інфікування непатогенними мікробами. Лікування антибіотиками, при якому змінюється склад нормальної мікрофлори, а іноді відбувається повне її зникнення, викликає важкі дисбактеріози, істотно ускладнюють захворювання. У випадках порушення складу біотопів або при істотному зниженні природного імунного захисту організму можуть викликати захворювання і представники нормальної мікрофлори організму.