Układ immunologiczny i jego funkcje

Każdy organizm ludzki wyposażony jest w układ immunologiczny, zwany inaczej układem odpornościowym. Jego zadaniem jest obrona organizmu przed wtargnięciem agresorów tzn. wirusów lub bakterii powodujących choroby. Odporność organizmu może być bierna lub czynna. Bierna występuję już u noworodków, które są jeszcze w łonie matki, czynna zaś nabywana jest wraz z wiekiem i rozwija się, gdy organizm styka się z czynnikiem zakaźnym. Narządy układu immunologicznego odpowiedzialne za odporność organizmu to:
v Grasica
v Szpik kostny
v Śledziona
v Migdałki
v Węzły chłonne.
Grasica (glandula thymus) jest stosunkowo dużym narządem położonym w klatce piersiowej za mostkiem w śródpiersiu przednim górnym. Otoczona jest torebką łącznotkankową. Grasica zbudowana jest z kory podzielonej na zraziki przegrodami łącznotkankowymi i z rdzenia wspólnego dla wszystkich zrazików kory. Każdy zrazik składa się z warstwy korowej i rdzeniowej. W warstwie korowej występują liczne komórki okrągłe, bardzo podobne do limfocytów. Zrąb tego narządu stanowią, w przeciwieństwie do innych narządów limfatycznych, komórki nabłonkowe pochodzenia endodermalnego. W części rdzennej zrazików znajdują się koncentrycznie ułożone komórki. Są to ciałka grasicze (ciałka Hassala). Niektóre z tych ciałek łączą się z komórkami zrębu nabłonkowego a te, które sąsiadują ze sobą mogą się scalać ze sobą nadając części rdzennej grasicy specyficzny wygląd. Zrąb grasicy zbudowany jest z torebki i przegrody łącznotkankowej oraz komórek z długimi wypustkami tworzącymi charakterystyczną dla tego narządu sieć.
Na komórkach zrębu grasicy występują cząsteczki głównego układu zgodności tkankowej (MHC). Odgrywa to dużą rolę dla czynnościowego dojrzewania limfocytów T, które rozpoznają antygeny w połączeniu z tymi cząsteczkami. W sieci leżą limfocyty grasicze zwane tymocytami. Prekursorzy tymocytów wędrują w życiu płodowym z wątroby do grasicy a następnie do szpiku kostnego, który jest centrum krwiotwórczym. Szpik dostarcza komórki prekursorowe również po urodzeniu, ale w znacznie mniejszym stopniu. Tymocyty proliferują w zewnętrznej części korowej i różnicując się przesuwają się w kierunku wewnętrznym części korowej. Większość z nich nie wnika do rdzenia, lecz przechodzi do naczyń włosowatych żylnych i tym samym opuszcza grasicę. Po jej opuszczeniu część limfocytów T lokuje się w tzw. obszarach grasicozależnych a inne krążą w ustroju. W korze grasicy znajdują się specyficzne komórki, które otaczają tymocyty swoimi wypustkami tak ściśle, że nazwano je komórkami opiekuńczymi. Komórki grasicy wędrują do obwodowych tkanek limfatycznych i zasiedlają je. Po tym procesie układ chłonny może funkcjonować nawet po usunięciu grasicy.
Grasica pełni także inną bardzo ważną funkcję ? jest odpowiedzialna za wytwarzanie hormonów takich jak: tymozyna, tymopoetyna, tymostymulina oraz inne substancje regulujące dojrzewanie i proliferację limfocytów T w obrębie grasicy i innych narządów limfoidalnych.
Grasica u dzieci waży ona 10 ? 18g, a u młodocianych 25 ? 30g. U osób dorosłych znajduje się w stanie zaniku. Zanikanie grasicy rozpoczyna się w okresie dojrzewania i trwa przez cale życie. Jest to związane z wrażliwością grasiczych limfocytów na kortykosteroidy. Wszystkie stany w organizmie związane z wysokim wzrostem stężenia we krwi tych hormonów przyczyniają się do jej zaniku. Stany takie to ciąża, stres.
Grasica jest niezbędna dla rozwoju odporności organizmu. We wrodzonym braku tego narządu układ chłonny jest niewykształcony i istnieje upośledzona immunologiczna odporność komórkowa wraz z całkowitym brakiem gamma-globulin lub zbyt małą ich ilością.
Śledziona (lien) jest narządem barwy ciemnoczerwonej, spoistości miękkiej, o wymiarach średnio 4x7 x 12 cm i ciężarze ok. 150 g. Wymiary i ciężar śledziony są bardzo zmienne, zależnie od stanu i czynności organizmu. Na kształt śledziony wpływają sąsiadujące z nią narządy. Tak więc wyróżniamy na niej gładką i wypukłą powierzchnię przeponową oraz położone od strony jamy brzusznej powierzchnie: żołądkową, nerkową i okrężnicę. Między powierzchniami nerkową i żołądkową znajduje się wnęka śledziony. Przez wnękę wnika do narządu tętnica śledzionowa oraz wychodzi kilka gałęzi żylnych, łączących się w żyłę śledzionową. Powierzchnię przeponową od pozostałych oddzielają brzegi: górny, na którym można dostrzec kilka wcięć i dolny. Brzeg górny przechodzi w dolny na końcach śledziony przednim i tylnym. Śledziona leży w podżebrzu lewym, schowana pod łukiem żebrowym, między IX a XI żebrem. Oś długa śledziony, łącząca oba końce, jest równoległa do X żebra. Śledziona przylega do przepony, żołądka, nerki lewej, okrężnicy i ogona trzustki.
Narząd otoczony jest torebką łącznotkankową. Wysyła ona przegrody do miąższu śledziony, dzieląc ją na nieregularne zraziki. Zarówno w torebce, jak i w przegrodach łącznotkankowych spotykamy włókna mięśniowe gładkie, umożliwiające kurczenie się śledziony. W miąższu śledziony wyróżniamy grudki śledzionowe, które są ośrodkami rozmnażania limfocytów. Przez każdą grudkę przechodzi tętniczka, która następnie rozpada się na drobne naczynia, zwane pędzelkami. Otwierają się one do rozszerzonych naczyń włosowatych żylnych, zwanych zatokami. Ściany zatok zbudowane są z komórek, o wydłużonych jądrach, w kształcie pręcików. Zatoki śledzionowe łączą się w żyły, które zbierają się w żyłę śledzionową.
Jest największym narządem limfatycznym i również w niej limfocyty są aktywowane przez antygeny a następnie różnicują się w komórki efektorowe odpowiedzi immunologicznej. Śledziona jest pobudzana przez antygeny, które dostały się prosto do krwi i przez antygeny, które dotarły do limfy i nie były zatrzymane w węzłach limfatycznych a następnie przedostały się do naczyń limfatycznych odprowadzających i do krwi. O śledzionie mówi się, że jest narządem krwiolimfatycznym gdyż leży na przebiegu naczyń krwionośnych, ale nie uchodzą do niej naczynia limfatyczne doprowadzające.
W obrąbie grudek śledzionowych odbywa się rozmnażanie limfocytów. Młodsze ich postacie leżą bliżej środka grudki. W miazdze czerwonej znajdują się również krwinki czerwone w różnych stadiach rozpadu. Jak więc w śledzionie z jednej strony przebiega rozpadanie się starych krwinek, a z drugiej powstawanie nowych elementów krwi. Przy małym zapotrzebowaniu część krwi zostaje wyłączona z krwiobiegu i magazynowana w różnych narządach. Śledziona magazynuje krew, a w chwilach dużego zapotrzebowania kurczy się, wyrzucając ją do naczyń. Daje się to czasami odczuć jako kłujący ból w podżebrzu lewym. Śledziona powiększa się nieco podczas trawienia. W chorobach zakaźnych, np. w zimnicy czy durze brzusznym, śledziona powiększa się znacznie i wystaje wtedy spod łuku żebrowego.
Przestrzeń między beleczkami a torebką wypełniający miąższ śledziony nazywany miazgą. Miąższ ten jest bardzo delikatny i dlatego łatwo pęka przy urazach lewej strony jamy brzusznej. Na przekroju śledziony wyróżnia się dwie warstwy:
v Miazgę białą - obejmuje pochewki limfatyczne wokół tętnic pozabeleczkowych i łączące się z nimi grudki limfatyczne. Jest to obszar, w którym występują erytrocyty i limfocyty, których jest więcej niż w miazdze czerwonej, ale nie są tak ściśle ułożone. Obszar ten określa się jako strefę brzeżną. Do komórek zrębowych są tu zaliczane makrofagi i komórki dendrytyczne. Pochewki wokół tętnic zawierają przede wszystkim limfocyty T i w związku z tym zalicza się je do obszarów grasicozależnych. Prekursory limfocytów T miazgi białej przywędrowują do śledziony z grasicy zaś prekursory limfocytów B napływają bezpośrednio ze szpiku kostnego.
v Miazgę czerwoną - można w niej wyróżnić wszystkie elementy morfotyczne krwi oraz makrofagi. W cytoplazmie makrofagów śledziony bardzo często znajdują się erytrocyty w różnych etapach przeprowadzanej fagocytozy. Jest to związane z bardzo ważną funkcją śledziony, czyli na usuwaniu zużytych erytrocytów z krwiobiegu. W okresie płodowym w miazdze czerwonej występują dojrzałe krwinki oraz wszystkie komórki krwiotwórcze. W niektórych stanach chorobowych np. w niedokrwistości, białaczkach czy ciężkich chorobach zakaźnych śledziona może wznowić pełne zdolności krwiotwórcze.
Najważniejsze funkcje śledziony to wytwarzanie limfocytów i monocytów przez cały czas a innych krwinek tylko w życiu płodowym. Bierze ona udział w odpowiedzi immunologicznej typu humoralnego tzn. w wytwarzaniu przeciwciał. Współuczestniczy w wytwarzaniu bilirubiny oraz w magazynowaniu krwi oraz krwinek.
Migdałki podniebienne znajdujące po obu stronach gardła, między grzbietem języka a języczkiem, który wyrasta z podniebienia, i migdałek gardłowy ulokowany między jamą nosową a gardłem są także częścią układu odpornościowego. Migdałki są to grudki limfatyczne ułożone pojedynczo lub w skupiskach pod nabłonkiem w miejscu łączenia się górnego odcinka dróg oddechowych z przewodem pokarmowym. Jest to bardzo znaczące miejsce dla obrony ustroju przed infekcjami wywołanymi przez drobnoustroje. Wśród migdałków można wyróżnić migdałek: językowy, gardłowy, nagłośniowy oraz migdałki podniebienne, trąbkowe i krtaniowe. Migdałki pokryte są nabłonkiem, który wnika głęboko w tkankę limfatyczną tworząc tzw. krypty, w których umieszczone są limfocyty. Wspierają organizm w walce z zarazkami. Podczas infekcji "zatrzymują" wirusy czy bakterie, a widoczną oznaką tego jest ich powiększenie. Po zakończeniu leczenia powinny jednak wrócić do normy. Jeżeli jednak układ odpornościowy jest upośledzony, tak się nie dzieje i powiększone migdałki pozostają nienaturalnie duże. Są wtedy mechaniczną przeszkodą w gardle, która utrudnia m.in. połykanie czy oddychanie. Należy wówczas rozważyć ich bezpośrednie leczenie lub operację. Bardzo często z powodu, powtarzającego się stanu zapalnego migdałków są one usuwane. Jednak wycina się je coraz rzadziej gdyż ich funkcja jest lepiej poznana i przez to bardziej doceniana.
Szpik kostny to silnie ukrwiona galaretowato ? gąbczasta substancja zlokalizowana w jamach szpikowych trzonów kości długich oraz w licznych małych jamkach w tzw. istocie gąbczastej wszystkich kości. U osoby dorosłej szpik kostny waży łącznie około 2,5 kg. Szpik kostny i zawarte w nim komórki macierzyste wytwarzają niezbędne dla zdrowia i życia komórki krwi: czerwone krwinki (erytrocyty), białe krwinki (leukocyty) oraz płytki krwi (trombocyty). Produkcja komórek krwi przez szpik kostny jest procesem złożonym, nie wolnym od chorób i patologii, co niekiedy stwarza sytuacje wymagające regeneracji komórek krwiotwórczych. Samoodtwarzaniu się komórek wytwórczych szpiku służą tzw. komórki macierzyste krwi. Ich obecność jest niezwykle ważna, chociaż stanowią jedynie ok. 0,1% wszystkich obecnych w szpiku kostnym komórek. Komórki macierzyste ponadto mają zdolność samoregeneracji i różnicowania dając początek kolejnym generacjom komórek, z których powstają następnie dojrzałe krwinki. Szpik kostny występuje w dwóch postaciach:
v szpiku kostnego czerwonego (łac. medulla ossium rubra) - intensywnie wytwarzającego komórki i inne składniki morfotyczne krwi. W terminologii medycznej określane to jest jako aktywność hematologiczna.
v szpiku kostnego żółtego - (łac. medulla ossium flava) ? przerośniętego tłuszczem i nieaktywnego hematologicznie, który zawiera nieliczne młodociane czerwone krwinki mogące np. w przypadku głębokiej anemii być zastąpione szpikiem czerwonym.
Po 18 roku życia szpik czerwony występuje już tylko w obrębie: kręgosłupa, żeber, mostka, czaszki, miednicy i proksymalnych przynasad kości ramiennych i udowych. Z upływem lat zanika jednak coraz bardziej, tak, że u osób coraz bardziej zaawansowanych wiekowo występuje głównie w kościach płaskich. Natomiast nieaktywny krwiotwórczo szpik kostny żółty, wypełnia coraz bardziej jamy szpikowe innych kości. U dorosłych szpik żółty może w sytuacjach nagłej potrzeby systemowej, przekształcać się w szpik czerwony.
Jama szpikowa kości wypełniona jest gęstą, bogatą siecią cienkościennych naczyń włosowatych. Ta rozbudowana sieć naczyń włosowatych jest specyficznym wytworem tkanki łącznej wypełniającym wnętrze kości. W dogodnych miejscach tej sieci naczyniowej zwanej podścieliskiem zagnieżdżają się komórki obecne w szpiku: osteoblasty, osteoklasty oraz komórki macierzyste (hemocytoblasty); erytroblasty, mieloblasty, megakariocyty oraz komórki tłuszczowe ? produkujące tłuszcz. Rolą podścieliska, zwanego też zrębem szpiku kostnego jest nie tylko mechaniczne podtrzymywanie komórek produkujących poszczególne linie szpikowe, lecz również fizjologiczne wspomaganie ich rozwoju. Toteż jej stan jest warunkiem poprawnej aktywności komórek krwiotwórczych (hematopoetycznych) i innych.
W obrazie mikroskopowym szpiku kostnego zwracają uwagę tzw. wyspy krwiotwórcze ? tj. zgrupowania komórek krwiotwórczych otoczone przez zatoki naczyniowe, do których uwalniane są młode krwinki. Te skupiska komórek to najbardziej aktywna tkanka krwiotwórcza nazywana komórkami pnia szpiku kostnego. Krwiotwórcze komórki macierzyste, mające zdolność różnicowania się muszą wytworzyć 11 głównych linii komórkowych. To różnicowanie się jest procesem stopniowym. W pierwszym etapie powstają komórki macierzyste mielopoezy i limfopoezy. Następnie z mielopoetycznych komórek macierzystych powstają linie komórkowe: erytropetyczna, megakariopoetyczna, neutrofilopetyczna, makrofagopoetyczna, eozynofilopoetyczna, bazofilopoetyczna, mastocytwoa. Z limfopoetycznych komórek macierzystych powstają linie limfocytów T, limfocytów i limfocytów NK ? naturalne komórki cytotoksyczne. Jeden rodzaj komórek, tj. komórki dendrytyczne, wyłamuje się z podziału na mielo- i limfopoezę; komórki te są wytwarzane zarówno w obrębie mielopoezy (komórki dendrytyczne typu I, wytwarzane w obrębie makrofagopoezy), jak i limfopoezy (komórki dendrytyczne typu II, wytwarzane w obrębie limopoezy T). Protoplastą wszystkich krwinek są pierwotne macierzyste komórki krwi. W cyklu przemian dojrzewają one w szpiku czerwonym. Z tych komórek pnia szpiku wykształcają się stopniowo wszystkie podstawowe komórki krwi ? czerwone krwinki (erytrocyty), białe krwinki (limfocyty), płytki krwi oraz inne linie komórkowe. Pod wpływem specyficznych czynników, w tym np. tzw. czynników wzrostu - powstają te, a nie inne komórki. Również same komórki krwiotwórcze pnia muszą się nieustannie samoodtwarzać, aby zachować odpowiednią równowagę ilościową. Proces uwalniania komórek ze szpiku do krwi jest regulowany przez komórki śródbłonka naczyń szpiku, które tworząc barierę szpik-krew, uwalniają tylko dojrzałe komórki. Bariera ta nie działa w wątrobie i śledzionie, do których hematopoeza jest przeniesiona w warunkach chorobowych; wówczas we krwi pojawiają się także komórki niedojrzałe.
U dorosłego szpik kostny czerwony jest głównym miejscem wytwarzania czerwonych krwinek (erytrocytów). U płodu i niekiedy u niemowląt może to być również wątroba lub śledziona. Głównym zadaniem czerwonych krwinek jest dostarczenie tlenu z płuc do tkanek oraz pomoc w wydaleniu dwutlenku węgla i metabolitów tkankowych.
Szpik czerwony jest również miejscem powstawania małych ziarnistych krwinek białych ? tzw. granulocytów; zaś limfocyty powstają i dojrzewają w śledzionie oraz grasicy i w narządach chłonnych. Rolą tych białych krwinek (leukocytów) jest zwalczanie drobnoustrojów, toksyn i innych ciał obcych będących intruzami w ustroju - określanymi jako antygeny. Polem ich walki z zarazkami, pasożytami, toksynami i zdegenerowanymi komórkami jest krwioobieg oraz tzw. limfa (specjalny płyn któremu biały kolor nadają krwinki białe) oraz narządy limfatyczne (śledziona, grasica, migdałki i węzły chłonne). System limfatyczny jest fizjologiczną ?oczyszczalnią? drenującą organizm z antygenów. W układzie limfatycznym aktywnie ze sobą współdziałają dwa typy limfocytów, typ B i typ T. Limfocyty (komórki) typu B są odpowiedzialne za tzw. odporność humoralną ? czyli wytwarzanie przeciwciał wykrywających i niszczących dany typ antygenu - związek chemiczny, obce białko występujące na powierzchni zarazka czy komórki nowotworowej, itp. Ponadto limfocyty te reagują na obecność antygenów ? mnożąc się poprzez intensywne dzielenie się i dojrzewanie. Limfocyty (komórki) typu T są odpowiedzialne za tzw. odporność komórkową. W praktyce atakują i niszczą komórki nowotworowe i komórki zainfekowane wirusami. Nadmiernie podwyższona liczba leukocytów może sugerować infekcję, białaczkę lub uszkodzenie tkanki, mała liczna leukocytów może świadczyć o stanie zapalnym w organizmie. Pożądana dla zdrowia liczba krwinek białych oscyluje od 4 100 do 10 900/?l. Zaburzyć normę może również intensywny wysiłek fizyczny, ciąża, stres, przewlekłe schorzenia.
Skład komórkowy szpiku określa stan jego zdrowia Skład szpiku kostnego jest ważną wskazówką dla lekarza badającego przyczyny zaburzeń w układzie krwiotwórczym. Zdrowy szpik - widoczny np. w rozmazach biopsyjnych pod mikroskopem - zawiera zwykle: 60% białych krwinek w postaci granulocytów i ich prekursorów, 20% prekursorów czerwonych krwinek (erytrocytów), 10% limfocytów, monocytów i ich prekursorów, 10% niezidentyfikowanych komórek. Znaczące zaburzenie tych proporcji wskazuje na możliwość patologicznego zaburzenia czynności krwiotwórczych szpiku kostnego.
Węzły chłonne inaczej zwane limfatycznymi są to licznie występujące struktury leżące na przebiegu naczyń limfatycznych. Główną ich funkcja jest filtracja zawartej w niej limfy oraz udział w wytwarzaniu przeciwciał. Stanowią one ważny element układu immunologicznego.
Węzły chłonne są otoczone torebką łącznotkankową, pod nią zaś znajduje się zatoka brzeżna. W każdym węźle można wyróżnić część wypukłą oraz wklęsłą, nazywaną także wnęką. Chłonka jest doprowadzana od strony wypukłej, odprowadzana zaś z wnęki. Do wnęki wnikają również naczynia odżywcze oraz nerwy biegnące wzdłuż tych naczyń. Węzły mogą się bardzo różnić pomiędzy sobą kształtem, wielkością oraz stosunkami poszczególnych stref. Zaobserwowano jednak ogólną tendencję, że węzły powierzchowne posiadają bardziej rozbudowaną korę, a głębokie rdzeń. Zrąb stanowi układ beleczek promienistych (beleczek kory) i rdzennych oraz torebka otaczająca węzeł. Kora leży obwodowo w węźle chłonnym. Poszczególne struktury oddzielone są od siebie beleczkami. Wzdłuż nich leżą zatoki promieniste. W korze wyróżnia się trzy warstwy:
v warstwa zewnętrzna - z większą ilością limfocytów. W warstwie tej powstają grudki limfatyczne podczas odpowiedzi immunologicznej.
v warstwa pośrednia i głęboka - nazywana także łącznie strefą przykorową (parakortkalną) posiada słabiej rozbudowaną tkankę limfatyczną. Ze względu na przewagę limfocytów T obszar ten nazywany jest obszarem grasiczozależnym.
Rdzeń węzła położony jest wewnętrznie do kory. Składa się on z nieregularnie przebiegających beleczek rdzennych, odchodzących od beleczek promienistych kory oraz biegnących wzdłuż nich zatok rdzennych. Trzecią strukturą są sznury rdzenne - tam znajdują się plazmocyty produkujące immunoglobuliny w odpowiedzi na antygeny. Obszar ten nazywany jest strefą grasiczoniezależną.
Przepływ limfy jest podobny dla każdego węzła. Chłonka wnika przez otoczkę, przechodzi do zatoki brzeżnej, następnie poprzez zatoki promieniste, zatoki rdzenne przechodzi do naczyń odprowadzających wychodzących z wnęki. Zazwyczaj naczynia odprowadzające są większe oraz mniej liczne od doprowadzających.
W świetle zatok rdzennych znajdują się włókna kolagenowe i siateczkowe zatrzymujące drobnoustroje. Właśnie tam znajduje się główne miejsce eliminacji patogenów. Zatoki brzeżne i promieniste odgrywają prawdopodobnie większą rolę w prezentacji antygenu plazmocytom, ze względu na liczne komórki dendrytyczne.
Proces zapalny toczący się w obrębie węzłów zazwyczaj prowadzi do ich powiększenia.
Największe z węzłów chłonnych to węzły: podżuchwowe, przyuszne, pachowe, pachwinowe. Grupują się w większe skupienia, w pewnych okolicznościach. Budową przypominają gęstą siatkę. Dzięki tej właściwości oraz zdolności żernej (fagocytozie) znajdujących się w węzłach monocytów, oczyszczają limfę z drobnoustrojów i ich toksyn. W węzłach dojrzewają także białe ciałka krwi, które produkują przeciwciała. Węzły często powiększają się podczas choroby, co jest widocznym znakiem, że w organizmie "grasują" drobnoustroje.