Современное представление об иммунитете
Реферат
1. Современное представление об иммунитете.
2. Нервная и гуморальная регуляция тонусов сосудов.
3. Как отразится на функции мышечного волокна на удаление из него ионов кальция.
1. Современное представление об иммунитете
В течение длительного времени под иммунитетом принято было понимать невосприимчивость организма к инфекционным болезням. Затем понятие «иммунитет» получило более широкое толкование и стало рассматриваться как состояние невосприимчивости организма не только к микробам, но и другим патогенным агентам.
Основная функция иммунной системы - отличать генетически чужеродные структуры от собственных, перерабатывать и удалять их, а также запоминать, что обусловливает ускоренную реакцию на повторное воздействие тех же агентов. Иммунная система обеспечивает защиту организма от инфекций, а также удаление поврежденных, состарившихся и измененных клеток собственного организма.
В основе иммунного распознавания лежит выявление в составе клеток присутствующих во внутренней среде организма маркеров чужеродности - субстанций, обозначаемых как антигены (чаще всего это белки или полисахариды).
Антигенраспознающими клетками являются лимфоциты, которые делятся на В- и Т-лимфоциты. Каждый лимфоцит несет на своей поверхности антигенраспознающие рецепторы. В состав рецепторов Т-лимфоцитов входят димеры, которые по своей структуре родственны (но не идентичны) иммуноглобулинам. Они распознают не свободные антигены, а их пептидные фрагменты. В-лимфоциты, во-первых, несут на своей мембране распознающие и связывающие антигены молекулы - иммуноглобулины и, во-вторых, дифференцируются в плазматические клетки, которые секретируют иммуноглобулины в свободной растворимой форме. Последние носят название антитела.
Органы иммунной системы делят на первичные (центральные) и вторичные (периферические).
К первичным (центральным) органам иммунной системы относятся вилочковая железа и костный мозг, поставляющий стволовые клетки-предшественники лимфоцитов.
Оба центральных органа иммунной системы являются местами дифференцировки популяций лимфоцитов. Вилочковая железа поставляет Т-лимфоциты (тимусозависимые лимфоциты), а в костном мозге (сумке Фабрициуса) образуются В-лимфоциты (бурсазависимые).
В период эмбрионального развития стволовые клетки желточного мешка или печени плода заселяют вилочковую железу или костный мозг. После рождения костный мозг становится единственным источником стволовых клеток.
К периферическим лимфоидным органам относятся селезенка, лимфатические узлы, миндалины, а также ассоциированная с кишечником и бронхами лимфоидная ткань. К моменту рождения они еще практически не сформированы, поскольку не контактировали с антигенами. Образование лимфоцитов в них осуществляется лишь при наличии антигенной стимуляции, т.е. попадания в организм антигена.
Периферические органы иммунной системы заселяются В- а Т-лимфоцитами из центральных органов иммунной системы, причем каждая популяция мигрирует в свою зону - тимусзависимую и тимуснезависимую.
Различают два основных вида иммунитета - наследственный и приобретенный.
Наследственный иммунитет (врожденный, видовой, естественный, конституциональный) присущ человеку и передается из поколения в поколение по наследству.
Видовой иммунитет иногда исчезает при ослаблении общей резистентности организма после облучения, удаления селезенки, голодания.
Приобретенный иммунитет может развиться в результате перенесенной инфекции или иммунизации. Он также строго специфичен, но по наследству не передается. Различают активно и пассивно приобретенный иммунитет.
Активно приобретенный иммунитет возникает в результате перенесенной инфекции или после вакцинации живыми или убитыми вакцинами (искусственно приобретенный). Активно приобретенный иммунитет может сохраняться годами (грипп -1-2 года) или десятилетиями (корь).
Пассивно приобретенный иммунитет возникает у плода вследствие того, что он получает антитела от матери через плаценту. Такой иммунитет создается также путем введения в организм иммуноглобулинов, полученных от активно иммунизированных людей и животных.
Иммунитет обусловлен рядом защитных приспособлений. Основные из них — фагоцитоз, гуморальные факторы и так называемые барьерные функции. Первые два фактора относятся к специфическим механизмам иммунитета, третий фактор — к неспецифическим.
Фагоцитоз (от греч. фагеин — пожираю и цитос — клетка) играет важную роль в уничтожении микробов, попавших в организм. Сущность его заключается в том, что клетки, обладающие способностью к фагоцитозу, устремляются к бактериям, обволакивают их и подвергают внутриклеточному перевариванию.
Фагоцитарной способностью обладают также ретикулярные и эндотелиальные клетки печени, селезенки, костного мозга, лимфатических узлов и др. Все эти клетки объединяют в единую ретикулоэндотелиальную систему.
Гуморальными факторами (от греч. гумор — жидкость) являются особые вещества — антитела, которые образуются в крови и тканевой жидкости после перенесенных заболеваний или иммунизации, обладающие способностью обезвреживать микробы и их токсины. Сыворотка крови человека или животного благодаря антителам приобретает новые свойства в отношении действия возбудителя соответствующего заболевания.
Вещества, вызывающие в организме образование антител, а также реагирующие на уже образовавшиеся антитела, называются антигенами. К, ним относятся микробы, токсины, продукты их жизнедеятельности и чужеродные для данного организма белковые вещества. Местом образования антител является ретикулоэндотелиальная система. Антитела представляют собой своеобразные продукты синтеза глобулинов, т. е. белков крови, видоизмененных под влиянием антигена.
По действию антител их делят на агглютинины, бактериолизины, преципитины, опсонины, антитоксины и другие виды.
Агглютинины вызывают склеивание и оседание микробов (агглютинация), бактериолизины растворяют их (лизис), преципитины осаждают, опсонины делают микробы более доступными для фагоцитоза, антитоксины нейтрализуют токсины, выделяемые некоторыми видами микробов.
Каждое из антител обезвреживает только определенный микроб или токсин, т. е. характеризуется специфичностью.
Барьерную функцию осуществляют внешние и внутренние барьеры.
Внешними барьерами являются кожа, ее придатки и слизистые оболочки с включенными в них железами. Они не только представляют собой механическое препятствие для микробов. Выделяемые их железами секреты (лизоцим слюны, секрет слизистой желудка и кишечника) смывают микробов или даже убивают их. Защитную роль в организме играет и нормальная бактериальная флора, содержащаяся в кишечнике, на слизистой оболочке носа, рта, половых органов.
К внутренним барьерам относятся лимфатические узлы, печень, почки, внутренние оболочки капилляров и окружающая их межуточная ткань. Особенно важная роль принадлежит внутреннему барьеру в центральной нервной системе, называемому гематоэнцефалическим барьером, в который входят эндотелий капилляров мозга и сосудистых сплетений его желудочков.
В последние годы установлено, что интенсивная тренировочная работа при подведении к «пику» спортивной формы и удержание высокой спортивной работоспособности на «пике» спортивной формы могут снижать (и в ряде случаев весьма интенсивно) иммуно-резистентность организма. Это касается как гуморальных, так и клеточных механизмов иммунитета. В результате во время ответственных соревнований может увеличиться число различных заболеваний, особенно инфекционных. В связи с этим от тренера требуется постепенное, не форсированное выведение спортсмена на уровень спортивной формы. Желателен также иммунологический контроль в процессе тренировки.
В США зарегистрированы случаи патологического снижения иммунных свойств организма, обозначенного как AIDS (по-русски СПИД — синдром приобретенного иммунного дефицита). Причина развития его пока еще не вполне ясна. Однако сам факт появления столь грозного заболевания указывает на необходимость расширения целенаправленного врачебного контроля за состоянием иммунной системы.
2. Нервная и гуморальная регуляция тонусов сосудов
Гуморальная регуляция. Первая древнейшая форма взаимодействия между клетками многоклеточных организмов — это химическое взаимодействие посредством продуктов обмена веществ, поступающих в жидкости организма. Такими продуктами обмена веществ, или метаболитами, служат продукты распада белков, углекислота и др. Это гуморальная передача влияний, гуморальный механизм корреляции или связи между органами.
Гуморальная связь характеризуется следующими особенностями. Во-первых, отсутствием точного адреса, по которому направляется химическое вещество, поступающее в кровь или другие жидкости тела. Химическое вещество может, следовательно, действовать на все органы и ткани. Его действие не локализовано, не ограничено определенным местом. Во-вторых, химическое вещество распространяется относительно медленно. И, наконец, в-третьих, оно действует в ничтожных количествах и обычно быстро разрушается или выводится из организма. Гуморальные связи являются общими и для мира животных и для мира растений.
Нервно-гуморальная регуляция. На определенной ступени развития мира животных в связи с появлением нервной системы образуется новая, нервная форма связей и регуляций. Чем выше по своему развитию организм животного, тем большую роль играет взаимодействие органов через нервную систему, которое обозначается как рефлекторное. У высших животных организмов нервная система регулирует гуморальные связи. В отличие от гуморальной связи нервная связь, во-первых, имеет точную направленность к определенному органу и даже группе клеток и, во-вторых, через нервную систему связь осуществляется с несравненно большей скоростью, в сотни раз превышающей скорость распространения химических веществ. Переход от гуморальной связи к нервной у высокоорганизованных существ сопровождался не уничтожением гуморальной связи между клетками тела и заменой ее нервной связью, а подчинением гуморальных связей нервным, возникновением нервно-гуморального взаимодействия. Установлено, что и в окончаниях нервных волокон, которые соприкасаются или с клетками органа, или с другими нервными клетками, выделяются особые посредники связи, специальные химические вещества, или медиаторы, которые поступают в жидкости тела и действуют на нервную систему и на специализированные окончания.
На следующем этапе развития живых существ специальные органы — железы, в которых вырабатываются гуморально действующие вещества — гормоны, образующиеся из поступающих в организм пищевых веществ. Например, гормон адреналин образуется в надпочечниках из аминокислоты - тирозина. Это гормональная регуляция.
Основная функция нервной системы заключается в регуляции взаимодействия организма как единого целого с окружающей его внешней средой и в регуляции деятельности отдельных органов и связи между органами.
Нервная система усиливает или тормозит деятельность всех органов не только волнами возбуждения или нервными импульсами, но и посредством поступления в кровь, лимфу, спинномозговую и тканевую жидкости медиаторов, гормонов и метаболитов, или продуктов обмена веществ. Эти химические вещества действуют на органы и на нервную систему. Таким образом, в естественных условиях не существует, исключительно нервная регуляция деятельности органов, а нервно-гуморальная.
Возбуждение нервной системы имеет биохимическую природу. По ней волнообразно распространяется сдвиг обмена веществ, при котором ионы избирательно проходят через мембраны, в результате чего образуется разность потенциалов между участками, находящимися в состоянии относительного покоя и возбужденными, и возникают электрические токи. Эти токи, называемые биотоками, или биопотенциалами, распространяются по нервной системе и вызывают возбуждение в последующих ее участках.
Нервные влияния на сосуды. Сосуды имеют сосудосуживающие нервы (вазоконстрикторы). Они относятся к симпатической нервной системе.
А. П. Вальтер (1842), раздражая седалищный нерв лягушки, впервые наблюдал сужение сосудов. Позднее Бернар отметил, что если у кролика на шее перерезать с одной стороны симпатический нерв, то ухо на этой стороне делается краснее и теплее другого и на свет видно, что сосуды его расширены. Это явление обусловлено тем, что по симпатическому нерву к кровеносным сосудам поступают нервные импульсы, которые поддерживают их стенки в состоянии некоторого напряжения (тонуса). Когда симпатические нервы перерезаны, то поток импульсов прекращается и сосуды расширяются. Правильность этого предположения доказывается тем, что раздражение периферического конца симпатического нерва вызывает сужение сосудов уха.
Главные сосудодвигательные центры расположены в продолговатом мозгу (В. Ф. Овсянников, 1871). В этих центрах имеются сосудосуживающие (прессорные) и сосудорасширяющие (депрессорные) отделы. Основную роль в регуляции просвета сосудов играют прессорные центры. При их возбуждении сосуды суживаются, при торможении — расширяются. Депрессорный отдел сосудодвигательного центра способствует расширению сосудов путем торможения сосудосуживающих центров. Значение продолговатого мозга в регуляции тонуса сосудов доказано опытами с перерезкой мозга. Если произвести перерезку между продолговатым мозгом и спинным, то расширяются сосуды и понижается кровяное давление. Однако через некоторое время оно вновь несколько повышается. Теперь это обусловлено импульсами из сосудодвигательных центров спинного мозга, которые в нормальных условиях подчинены центрам продолговатого мозга.
Возбуждение и торможение сосудосуживающих центров возникают в результате нервных и гуморальных воздействий.
К нервным воздействиям относятся афферентные импульсы от рецепторов разных областей тела (стенки кровеносных сосудов, органы брюшной полости, кожа).
Наибольшее значение при этом имеют импульсы от прессо- и хеморецепторов, находящихся в сосудистых рефлексогенных зонах (дуга аорты, область разветвления сонных артерий). Афферентные импульсы от рефлексогенных зон поступают в сосудодвигательный центр по депрессорному и синокаротидному нервам.
Раздражение прессорецепторов происходит при повышении кровяного давления. Их возбуждение вызывает торможение сосудосуживающего центра и, как следствие этого, расширение сосудов и понижение кровяного давления.
Хеморецепторы возбуждаются при изменении состава крови. Накопление в крови углекислоты и уменьшение содержания кислорода, раздражая хеморецепторы, увеличивают тонус сосудодвигательного центра и рефлекторно повышают артериальное давление. Таким образом, раздражение прессо- и хеморецепторов рефлексогенных зон вызывает разнонаправленные реакции. При раздражении прессорецепторов происходит расширение сосудов, при раздражении хеморецепторов — сужение.
Прессорецепторы имеются не только в аорте и сонных артериях, но и в сосудах других областей тела (легкие, кишечник, селезенка и др.).
Хеморецепторы находятся в сосудах селезенки, надпочечниках, почек, костного мозга. Эти хеморецепторы воспринимают изменение не только содержания в крови углекислоты и кислорода, но и концентрации адреналина и некоторых других веществ.
Кроме сосудодвигательных центров продолговатого и спинного мозга в регуляции просвета сосудов участвуют центры промежуточного мозга (гипоталамус) и больших полушарий. Раздражение некоторых ядер гипоталамуса сопровождается сужением сосудов и повышением кровяного давления.
Участие коры больших полушарий в управлении сосудистым тонусом подтверждается наличием нервных вазомоторных (сосудодвигательных) путей, соединяющих этот отдел мозга с гипоталамусом, стволовой частью мозга и спинным мозгом. Раздражение и разрушение некоторых отделов больших полушарий вызывают изменения в состоянии сосудов.
Степень и значимость влияний коры больших полушарий на разные (по механизму и физиологической роли) вазомоторные реакции неодинаковы. Особенно ярко регулирующее воздействие коры проявляется при выработке сосудистых условных реакций, являющихся компонентами сложных безусловных рефлексов (ориентировочных, оборонительных, пищевых, половых и др.). Условнорефлекторное изменение сосудистого тонуса наблюдается и в тех случаях, когда условные раздражители подкрепляются безусловными рефлексами, имеющими свое «представительство» в коре больших полушарий.
На сосудистые реакции у человека оказывают влияние различные эмоции. Это проявляется в изменении окраски кожи (побледнение или покраснение) и повышении кровяного давления.
Гуморальные влияния на сосуды. Некоторые химические вещества (гормоны, медиаторы), действуя непосредственно на стенки сосудов, могут вызывать их сужение и расширение. Например, сосудосуживающий эффект оказывают гормоны надпочечника — норадреналин и адреналин и гормон задней доли гипофиза — вазопрессин. Адреналин и норадреналин суживают артерии и артериолы органов брюшной полости, кожи и легких. Увеличение концентрации этих гормонов в крови ведет к резкому повышению давления. Вазопрессин суживает артериолы и капилляры.
Значительный сосудосуживающий эффект вызывает образующееся в почках вещество ренин. Выделение его увеличивается при недостаточном кровоснабжении почек и при снижении артериального давления. Ренин активирует находящееся в плазме вещество — гипертензиноген. Превращаясь в гипертензин, оно вызывает сужение сосудов и повышение артериального давления. К сосудосуживающим веществам относится также серотонин. Он образуется в слизистой оболочке кишечника, в мозгу, при распаде кровяных пластинок. Серотонин суживает сосуды при кровотечениях и предохраняет этим организм от потери крови.
К сосудорасширяющим веществам относятся ацетилхолин, гистамин, медуллин, простагландины, брадикинин, аденозинтрифосфорная, молочная и угольная кислоты.
Ацетилхолин образуется в окончаниях парасимпатических нервов. Он расширяет мелкие артерии. Быстро разрушаясь в крови, ацетилхолин оказывает лишь местный эффект, т. е. расширяет сосуды, находящиеся около нервных окончаний. Гистамин образуется в стенках желудка и кишечника, в коже, в скелетных мышцах (при их работе). Он расширяет артериолы и увеличивает кровенаполнение капилляров, действуя главным образом на сосуды брюшной полости. Введение 1—2 мг гистамина в вену кошки вызывает резкое расширение капиллярной сети, понижение кровяного давления и гибель животного. Медуллин образуется в мозговом слое почки. Простагландины (называются они так потому, что впервые были обнаружены в секрете предстательной железы) образуются в разных тканях. Брадикинин (очень активное сосудорасширяющее вещество) расширяет артериолы и понижает кровяное давление. Он образуется в слюнных и поджелудочной железах, в легких и в коже, особенно при ее нагревании.
3. Как отразится на функции мышечного волокна на удаление из него ионов кальция
Механизм стимулирующего действия ионов кальция на сократительный аппарат мышцы еще неизвестен. Есть основания предполагать, что эти ионы необходимы для возникновения механического взаимодействия между актиновыми и миозиновыми нитями. Кроме того, ионы кальция стимулируют АТФ-азную активность миозина, способствуя тем самым освобождению энергии, необходимой для сокращения. Повышенная концентрация ионов кальция в межфибриллярном пространстве сохраняется всего несколько миллисекунд, а затем они «перекачиваются» обратно в цистерны с помощью специального кальциевого насоса. Для этой работы, которая совершается против диффузионного градиента, нужна затрата определенной энергии. Ее источником является расщепление АТФ. Подсчитано, что на возврат двух ионов кальция из межфибриллярного пространства в полость цистерн расходуется одна молекула АТФ. Снижение концентрации ионов кальция в межфибриллярном пространстве приводит к расслаблению мышечного волокна. Таким образом, в саркоплазматическом ретикулуме ионы кальция играют роль своеобразного медиатора в процессе преобразования возбуждения в сокращение.
Изменение механического состояния миофибриллярного сократительного аппарата мышечных волокон в результате действия нервных импульсов называется сокращением. Внешне сокращение проявляется в изменении или напряжения, или длины мышцы, или того и другого. При этом потенциальная химическая энергия превращается в механическую и может совершаться механическая работа. Период химико-механических изменений в сократительном аппарате, в течение которого возникает механическая тяга, определяющая акт сокращения, носит название период активного сокращения.
По теории скольжения, в основе сокращения лежит механическое взаимодействие между миозиновыми и актиновыми миофиламентами благодаря образованию между ними в период активности поперечных мостиков. При этом косо расположенные поперечные мостики осуществляют тягу, благодаря которой происходит «втягивание» тонких актиновых миофиламентов в промежутки между толстыми миозиновыми миофиламентами. В образовании поперечных мостиков между толстыми и тонкими миофиламентами участвует АТФ. Согласно одной из моделей сокращения, при расслабленном состоянии мышцы АТФ прикреплена только с одной стороны мостика — на «голове» миозиновой молекулы. Здесь АТФ находится вблизи АТФ-азы, что предотвращает соединение актина с миозином. В результате толстые и тонкие миофиламенты могут свободно скользить друг относительно друга при пассивном растяжении или укорочении мышцы. С выделением ионов кальция из цистерн саркоплазматического ретикулума они присоединяются с одной стороны к АТФ на «голове» миозина, а с другой стороны — к специальным местам на тонком актиновом миофиламенте, образуя поперечные мостики между актиновыми и миозиновыми миофиламентами. Продвижение тонких миофиламентов относительно толстых сопровождается приближением поперечных мостиков к зоне расположения АТФ-азы, что вызывает гидролиз АТФ и соответственно разрушение мостиков. Далее АТФ восстанавливается, и в следующем цикле формируются новые поперечные мостики, вследствие чего образуется связь толстых миофиламентов со следующими участками тонких миофиламентов. Этот процесс происходит повторно и во многих участках миофиламентов. В результате сокращение носит непрерывный и плавный характер.
Если укорочения мышцы не происходит, усилие может создаваться за счет повторного взаимодействия толстых и тонких миофиламентов на одних и тех же фиксированных участках. В этом случае никакой внешней работы не совершается, а энергия расходуется на поддержание напряжения мышцы. Напряжение, развиваемое сократительными элементами в миофибриллах, передается сарколемме и через нее — сухожилию мышцы.
Непосредственным источником энергии для мышечного сокращения является расщепление высокоэнергетического вещества АТФ.
Список использованных источников
1. Гальперин С.И. Физиология человека и животных. – М.: Высшая школа, 1970. - 656 с.
2. Макарова Г.А. Спортивная медицина: Учебник. – М.: Советский спорт, 2003. – 480 с.: ил.
3. Маркосян А.А. Физиология. – М.: Медицина, 1975. – 352 с., ил.
4. Никитюк Б.А., Гладышева А.А. Анатомия и спортивная морфология: Учеб. пособие для ин-тов физ. культ. – М.: Физкультура и спорт, 1989. – 176 с., ил.
5. Основы валеологии и школьной гигиены: Учеб. пособие / Г.Л. Ворсина, В.Н. Калюнов. – Мн.: Тесей, 2005. – 288 с.
6. Физиология человека: Учебник для институтов физ. культ. / Под ред. Н.В. Зимкина. – М.: Физкультура и спорт, 1975. – 496 с., ил.