Вакцинация – это наиболее эффективный и безопасный способ защиты иммунитета от болезней до того, как организм вступит в контакт с их возбудителями. Вакцинация активизирует защитные механизма организма и формирует устойчивость к определенному числу инфекционных заболеваний.
Как и болезнь, вакцина тренирует иммунитет к выработке специальных антител. Но вакцины имеют в своем составе только убитые или очень ослабленные формы возбудителей вирусов и бактерий, которые не способны привести к заболеванию и не приводят к риску появления осложнений.
Большую часть вакцин применяют в виде инъекций, но существуют и пероральные вакцины – их закапывают через рот, и интраназальные вакцины – эти препараты закапывают или распыляют в нос.
Как иммунитет борется с инфекциями
Наш иммунитет, как армия, которая борется с вирусами и бактериями. Почти любое инфекционное заболевание начинается с возбудителя, который пробивается сквозь защитные барьеры организма, оказывается внутри него и там размножается. В ответ на это активизируются иммунные клетки.
Воспаление начинается, когда в клетках и тканях организма «возникает угроза». Причиной могут являться несколько типов молекул, идентичных для поврежденной или инфицированной ткани. Например, если в организме человека появляется чужеродная ДНК вируса или бактерии, значит, что тут что-то не так. Или в тканевых жидкостях возникают компоненты стенок бактерий, которые в нашем организме не производятся. Иммунитет способен распознать такие сигналы и понять, что организм подвергся нападению.
Иммунитет делят на два вида — врожденный и адаптивный (приобретенный). Врожденный состоит из макрофагов и нейтрофилов, которые оказывают сопротивление инфекции с помощью острого воспаления. Такая защита легко справляется со многими видами микроорганизмов, и в большинстве случаев, мы просто не замечаем, что именно произошло внутри нашего тела.
Адаптивный иммунитет начинает действовать в течение двух недель, постепенно адаптируясь на конкретный вирус и только после этого способен быстро и эффективно уничтожать почти любой патоген. Адаптивный иммунитет устроен сложно. В зависимости от возбудителя активизируются разные наборы клеток и белков. Тем не менее, для эффективного ответа нужны специальные молекулы – антитела.
Как в организме образуются антитела
Антитело – огромная по меркам микромира молекула. На одном конце есть два одинаковых «липких» участка, которые отвечают за распознавание чужеродных молекул (антигенов).
Антигенами могут быть любые вещества, которые организм воспринимает как чужеродные и, естественно, на их появление активизируется иммунитет. Важные для иммунитета антигены – это части молекул, находящиеся на внешней стороне патогена.
Контакт между антителом и антигеном – довольно сложный процесс, который строится на межмолекулярном распознавании. В качестве примера можно представить, что антитело – это ключ, который подбирают к замку.
Специальные иммунные клетки В-лимфоциты отвечают за образование антител в организме. На их поверхности есть еще В-клеточный рецептор. Каждый В-лимфоцит доставляет на своей поверхности рецепторы только одного варианта.
Если в организм попадает патоген, его антигены соединяются с В-клеточными рецепторами на поверхности В-лимфоцитов. И дальше лимфоциты изменяют строение рецепторной части, связывающей антиген, чтобы это связывание давало максимальный эффект. И потом, когда такой вариант найден, лимфоциты начинают активно делиться и запускают массовую продукцию антител.
Если к патогену вырабатывается антитело, то это признак скорого выздоровления. После перенесенной болезни – антитела могут годами находиться в организме. На этом построены методы диагностики, которые определяют, был ли тот или иной патоген в организме когда-либо.
Единственная причина образования адаптивного иммунитета против какой-либо инфекции – это перенесенное заболевание. Но люди создали способ заставить организм «поверить», что он переболел, оставаясь при этом здоровым. Этот способ и есть вакцинация!
Основными классами антител, которые образуются при вирусной или бактериальной инфекциях являются IgG и IgM. IgM — ранние антитела, они появляются в среднем через неделю — десять дней после заражения и участвуют в уничтожении патогенов в острой фазе инфекции. IgG — более поздние антитела, они вырабатываются не раньше чем через 2 -3 недели после заражения. В отличие от IgM, которые не обнаруживаются в крови уже через месяц после появления, IgG могут сохраняться на протяжении нескольких месяцев и даже лет, формируя долгосрочный иммунитет к инфекционному заболеванию после перенесенной болезни либо после вакцинации. При анализе на антитела наличие обоих типов иммуноглобулинов говорит о недавно перенесенной инфекции (5-10 недель). Наличие IgG и отсутствие IgM — о том, что с момента заболевания прошло несколько месяцев или даже лет, причем болезнь могла пройти в бессимптомной форме. Обратный вариант анализа говорит о том, что человек болеет в данный момент, либо выздоровел несколько дней назад. Когда анализ на оба иммуноглобулина отрицательный — это связано либо с тем, что с момента заражения прошло менее недели, либо человек ни разу не сталкивался с данным патогеном до настоящего момента.
Какие иммунные клетки есть в организме и для чего они нужны
За правильную работу иммунной системы человека отвечают иммунные клетки, которые называются лейкоцитами. Условно лейкоциты можно подразделить на два больших подтипа: клетки врожденного иммунитета и клетки приобретенного иммунитета.
Клетки врожденного иммунитета являются первичной защитой организма: при встрече с патогеном они расправляются с ним и передают его частицы антигены клеткам приобретенного иммунитета. Данный процесс именуются презентацией антигена, после него уничтожение патогена происходит более масштабно и эффективно, так как иммунные клетки уже знают кого надо искать и быстрее обезвреживают микробов, а клетки приобретенного иммунитета, которые называются лимфоциты, выделяют специальные белки — цитокины, которые усиливают размножение и распространение клеток врожденного иммунитета. Кроме того, лимфоциты формируют отдельную группу клеток иммунной памяти, которые надолго запоминают врага и при следующей встрече с ним быстрее распознают и уничтожают его. На основе реакций иммунологической памяти основан принцип действия всех вакцин.
К основным группам клеток врожденного иммунитета относятся: нейтрофилы, макрофаги, дендритные клетки, эозинофилы, базофилы и натуральные киллеры. Нейтрофилы являются самой многочисленной группой лейкоцитов, их главная функция связана с уничтожением болезнетворных бактерий. Макрофаги уничтожают патогенов и клетки организма, поврежденные при воспалении, а также участвуют в презентации антигена. Функция дендритных клеток непосредственно связана с презентацией антигена лимфоцитам. Эозинофилы и базофилы участвуют в развитии аллергии, кроме того эозинофилы защищают организм от гельминтов — крупных паразитов. Натуральные киллеры являются единственной группой лимфоцитов, отнесенных к клеткам врожденного иммунитета. Они уничтожают клетки, захваченные вирусами, а также опухолевые клетки.
Лимфоциты подразделяются на Т- и В-лимфоциты. В-лимфоциты участвуют в гуморальном иммунитете — направленным на уничтожение внеклеточных паразитов. В-лимфоциты синтезируют главные защитные белки организма — антитела. К Т-лимфоцитам относятся Т-хелперы, Т-киллеры и регуляторные Т-клетки. Т-киллеры участвуют в клеточном иммунитете — убивают внутриклеточных микробов вместе с поврежденной клеткой. Их функции схожи с функциями естественных киллеров, но они действуют более целенаправленно. Т-хелперы активируют в зависимости от ситуации запуск как гуморального, так клеточного иммунного ответа. Т-регуляторы, наоборот, ослабляют иммунный ответ. Их функция важна при развитии аутоиммунных заболеваний, когда лейкоциты начинают атаковать собственные здоровые клетки организма.
Как с помощью вакцин «обмануть» организм и создать имитацию болезни
Если мы хотим искусственно заставить организм продуцировать адаптивный иммунитет, нам нужно повторить заболевание в «миниатюре» и так же, как патоген, активизировать иммунную систему. Для того, чтобы активировать В-лимфоциты, которые производят антитела, нужно два молекулярных сигнала.
Первый сигнал – это части поверхности вируса – антигены. Второй сигнал – это воспаление в той области, откуда и поступают антигены. Большое число молекул воспаления дают знать, что источник антигенов несет опасность для организма.
Но откуда же взять антиген для вакцины? Конечно, проще всего, на первый взгляд, заразить человека возбудителем, от которого мы хотим его защитить. Именно так раньше боролись с оспой. Столетиями здоровым людям прививали содержимое «оспенных пузырьков» заболевшего. Конечно, проблемы таких манипуляций очевидны: несмотря на то, что болезнь проходила в более легкой форме, примерно 2% привитых умирало от инфекции. Сейчас этот метод нигде не используется и есть альтернативные варианты.
По источнику антигенов вакцины делят на несколько видов. Есть «живые» вакцины, состоящие из настоящего живого патогена. Его ослабляют, и он не вызывает заболевания, но активизирует иммунитет. Кроме живых используют убитые патогены. Иммунный ответ слабее, но эти вакцины безопаснее. Иммунизировать можно и отдельными фрагментами вирусов. Вакцина, созданная из «кусочков» разных молекул нуклеиновых кислот, называются рекомбинантными.
