Imunobiológia

Keď sa jedinec stretne s antigénom po prvýkrát, vznikne u neho imunitná odpoveď na tento antigén. Hovorí sa, že jedinec je antigénom senzibilizovaný („primovaný“). Pri opätovnom kontakte s antigénom vznikne u jedinca sekundárna imunitná odpoveď. V niektorých prípadoch však daná imunitná odpoveď nemá pozitívny (obranný) účinok, ale naopak zapríčiňuje veľké poškodenie tkanív. Stav abnormálnej (neprimeranej) imunitnej reaktivity škodlivej pre hostiteľa sa označuje ako hypersenzitívnosť (imunitná precitlivenosť, hypersenzitivita). Hypersenzitívny pacient reaguje na antigén, na ktorý je precitlivený, imunopatologickými reakciami. Uvedené reakcie môžu byť:

• vedľajším a (do určitej miery) nevyhnutným dôsledkom obranných reakcií voči viac alebo menej nebezpečným patogénom,
• výsledkom neadekvátnej reakcie na neškodlivé exoantigény (alergie),
• dôsledkom aberantnej imunitnej reakcie na normálne autoantigény (autoimunitné reakcie).

Imunopatologické reakcie môžeme rozdeliť na včasný a oneskorený typ (v závislosti od času, ktorý uplynie medzi kontaktom imunitného systému jedinca s antigénom a objavením sa klinických symptómov) a na humorálny a bunkami sprostredkovaný typ (podľa toho, či sa na ich priebehu podieľajú protilátky alebo bunky). Kombináciu týchto dvoch kritérii využili Coombs a Gell na vypracovanie jednotnej klasifikácie imunopatologických reakcií. Uvedené reakcie rozdelili do štyroch základných typov, z ktorých typy I, II a III sprostredkúvajú protilátky, kým typ IV bunky:

1. imunopatologické reakcie I. typu (alergická, reagínová alebo anafylaktická hypersenzitívnosť sprostredkovaná protilátkami Ig E)
2. imunopatologické reakcie II. typu (hypersenzitívnosť sprostredkovaná cytotoxickými protilátkami Ig G alebo Ig M)
3. imunopatologické reakcie III. typu (hypersenzitívnosť vyvolaná cirkulujúcimi imunokomplexmi)
4. imunopatologické reakcie IV. typu (hypersenzitívnosť s účasťou lymfocytov a makrofágov).

Aj napriek skutočnosti, že do týchto štyroch typov sa nedajú zaradiť všetky známe imunopatologické reakcie, stala sa táto schéma veľmi užitočnou a používanou, lebo na základe zaradenia určitého ochorenia do niektorého typu, sa dá ľahko pochopiť jeho patogenéza. V súčasnosti sa tieto štyri typy často rozširujú o piaty typ, ktorý sa označuje ako precitlivenosť postihujúca funkcie receptorov (je sprostredkovaná protilátkami stimulujúcimi alebo blokujúcimi receptory).

Imunopatologické reakcie I. typu

Tieto reakcie sa označujú ako reakcie včasného alebo anafylaktického typu, pretože k rozvoju klinických príznakov dochádza v priebehu 15 - 20 minút. Charakterizuje ich alergická reakcia, ktorá sa uskutočňuje bezprostredne po druhom alebo opakovanom kontakte s antigénom (alergénom), pričom dochádza k tvorbe špecifických protilátok triedy Ig E, ktoré sa označujú ako reagíny (môžu vyvolať reagínové rakcie). Okrem toho sú Ig E protilátky namierené proti normálne neškodným exoantigénom, ako sú rôzne pele rastlín, hmyz (napr. roztoče v domácom prachu) a jedy hmyzu (napr. jed včiel a ôs), srsť zvierat alebo ich výkaly (najmä mačiek, psov, holubov) a niektoré zložky potravy (napr. vajcia, čokoláda, orechy, kravské mlieko, kiwi).

Ide o jedinú imunopatologickú reakciu, ktorá sa nevyskytuje pri autoimunitných ochoreniach. Jedinci, ktorí reagujú na neškodlivé antigény produkciou Ig E, sa označujú atopici a tento druh precitlivenosti sa nazýva atópia. Charakterizujeme ju ako geneticky podmienenú vlastnosť, ktorá sa prejavuje abnormálne zvýšenou schopnosťou odpovedať na určitý alergén alebo skupinu alergénov tvorbou reagínových protilátok Ig E, ako i hyperreaktivitou hladkých svalov bronchov na konstrikčné podnety.

Pri prvom kontakte s alergénom (zvyčajne na sliznici) dochádza k senzibilizácii jedinca, t. j. stimuluje sa diferenciácia špecifických klonov TH2 lymfocytov a následne B lymfocytov (plazmocytov), secernujúcich pod vplyvom TH2 cytokínov (IL-4, IL-5) protilátky prevažne triedy Ig E. Tie sa naviažu na vysokoafinné Ig E receptory (FC receptory) žírnych buniek a bazofilov. Pri opakovanom stretnutí s multivalentným alergénom môže dôjsť k premosteniu molekúl Ig E a tým k agregácii receptorov na povrchu buniek a k okamžitému uvoľneniu mediátorov anafylaxie (napr. histamín, heparín) z buniek v prvej fáze alergickej reakcie. Mediátory anafylaxie zvyšujú priepustnosť ciev a vyvolávajú kontrakciu hladkých svalov (najmä bronchov). V priebehu sekúnd až minút vzniká erytém a následne edém. Uvoľňujúce sa mediátory môžu vyvolať miestne alebo celkové prejavy, vyusťujúce do akútnej zápalovej reakcie s pestrými klinickými príznakmi. Tieto postihujú najčastejšie kožu (rôzne urtikárie - žihľavky vyvolané najmä potravinovými alergénmi), dýchacie cesty (senná nádcha, priedušková astma) alebo majú systémovú povahu. Systémové prejavy sa označujú ako anafylaktické reakcie a ich najťažšou formou je anafylaktický šok. Anafylaktické reakcie môžu vyvolať iba alergény, ktoré sa dostanú priamo do krvnej cirkulácie (jedy hmyzu alebo liečivá). Sú druhovo špecifické, u človeka sa prejavujú najmä bolesťami hlavy, bolesťami brucha, vracaním, hnačkou (následok opuchu a kontrakcie hladkých svalov v tráviacom systéme), erytémom, dušnosťou, tachykardiou, v ťažkých prípadoch opuchmi jazyka a hltanu, srdcovými arytmiami a cievnym kolapsom z prudkého poklesu krvného tlaku. Reakcia je rýchla a v priebehu niekoľkých minút môže viesť k smrti. Uvedený mechanizmus sa označuje ako anafylaxia. V druhej fáze alergickej reakcie sa tvoria a sekretujú metabolity kyseliny arachidonovej (prostaglandíny, leukotriény, tromboxany).

Pri vzniku atópie zohráva aspoň v niektorých prípadoch dôležitú úlohu genetická predispozícia (génov zodpovedných za prejavy atópie je však niekoľko a u jednotlivých pacientov sa uplatňujú rôzne). Dôležitý je aj vplyv prostredia (miera expozície alergénu, klimatické faktory), diéty v kojeneckom veku (materské mlieko versus jeho náhrady) a pravdepodobne aj infekcie (opakované respiračné vírusové infekcie spôsobujú bronchiálnu hyperreaktivitu, ktorá môže ovplyvniť reakcie na neškodlivé vdychované antigény). Doposiaľ nie je zrejmé, prečo práve niektoré antigény peľov, roztočov, či potravín vyvolávajú preferenčné Ig E odpovede, zatiaľ čo iné (hoci sú v alergénových časticiach taktiež prítomné) nie. Inkriminovaný antigén sa identifikuje intradermálnymi kožnými testmi, pri ktorých v mieste vpichu ihneď vzniká hyperemický pupenec. Na identifikáciu sa môžu použiť aj provokačné testy. Najbežnejšími spôsobmi liečby alergií sú profylaxie (snahy vyhnúť sa alergénu) a použitie farmakologických liečiv, ktoré napr. blokujú receptory pre histamín (antihistaminiká), inhibujú syntézu histamínu a pôsobia protizápalovo (kortikoidy) alebo inhibujú degranuláciu, ovplyvnením vlastností membrány granulocytov (kromoglykát). Čiastočne úspešné sú pokusy o tzv. alergénovú imunoterapiu (hyposenzibilizáciu) pacientov. Pri nej sa podávajú postupne sa zvyšujúce dávky alergénu. Pri vhodnom spôsobe uvedenej aplikácie dochádza k stimulácii konkurenčnej TH1 odpovedi, ktorá inhibuje alergénne TH2 lymfocyty a blokuje tvorbu Ig E (tvoria sa iné izotypy protilátok).

Imunopatologické reakcie II. typu

Uvedené reakcie sa označujú ako cytotoxické. Vznikajú vtedy, keď protilátka reaguje s antigénom, nachádzajúcim sa na povrchu vlastných buniek a tkanív. Rozpoznávaný antigén môže byt’ súčasťou týchto štruktúr (autoantigén) alebo môže ísť o exogénny antigén, ktorý sa pasívne absorboval na ich povrch. Pôsobia pri tom protilátky triedy Ig G a Ig M, ktoré sa však uplatňujú nielen pri imunopatologických reakciách II. typu, ale aj III. typu. Hlavný rozdiel je v tom, že pri cytotoxických reakciách (II. typ) sú protilátky namierené proti nerozpustným antigénom na povrchu buniek a tkanív, kým pri imunokomplexových reakciách (III. typ) proti rozpustným antigénom, cirkulujúcim v krvnom sére. Potom poškodenie vyvolané reakciami II. typu vzniká len v tých bunkách alebo tkanivách organizmu, kde sa nachádza špecificky rozpoznávaný antigén, kým pri reakciách III. typu možno poškodenie pozorovať vo všetkých orgánoch a tkanivách, kde sa cirkulujúce imonokomplexy usadili.

Protilátky tried Ig G a Ig M (viažúce sa na nerozpustný antigén na povrchu buniek, pričom vzniknú nerozpustné imunokomplexy) majú schopnosť aktivovať komplementový systém (klasickou cestou) a spôsobiť lýzu terčovej bunky. Aktivácia komplementu a poškodenie buniek spúšťajú zápalovú reakciu, ktorá priťahuje a aktivuje efektorové bunky (makrofágy, neutrofily, eozinofily, trombocyty). Aktivované efektorové bunky zosilnia deštrukčný účinok na postihnuté tkanivo. Makrofágy tvoria mnoho cytokínov a enzýmov, ktoré majú toxické účinky na tkanivá. Neutrofily sekretujú enzýmy (napr. lyzozým, kyslé hydrolázy a elastázy), narúšajúce tkanivo v mieste zápalu. Eozinofily uvoľňujú hlavný zásaditý proteín, ktorý poškodzuje epitelové bunky. Trombocyty uvoľňujú rôzne enzýmy, poškodzujúce tkanivo (kyslé hydrolázy, katepsín, elastázy).

Druhý možný priebeh reakcie sa zakladá na aktivácii K buniek (usmrcujú terčové bunky pomocou špecifickej protilátky). Špecifická protilátka (napr. Ig G) sa jedným koncom svojej molekuly viaže na Fc receptor na povrchu K bunky a druhým koncom na epitop na povrchu terčovej bunky, ktorú má svojím cytotoxickým pôsobením zneškodniť.

Imunopatologické reakcie III. typu

Tieto reakcie sa označujú ako imunokomplexové. Sprostredkúvajú ich protilátky tried Ig G a Ig M, namierené voči rozpustným antigénom, cirkulujúcim v krvnom sére. Protilátka s antigénom (auto- alebo exo-antigénom) vytvára cirkulujúce imunokomplexy. Vytvorené imunokomplexy vyvolávajú v organizme celý rad zápalových procesov. Môžu reagovať s komplementom, keď počas kaskádovitých aktivačných reakcií vznikajú fragmenty C3a a C5a, ktoré majú anafylaktoidné a chemotaktické vlastnosti. Spôsobia uvoľnenie histamínu z mastocytov s následným zvýšením cievnej permeability a priťahujú tiež neutrofily. Tieto sa snažia pohlcovať imunokomplexy, ale pre ich pevné uchytenie v tkanive (imunokomplexy sa stávajú doslova jeho súčasťou) sa neutrofilom darí plniť túto ich funkciu len ťažko. V snahe pohltiť nekonečne veľký povrch sa prisajú ku tkanivu s imunokomplexom a začnú sa z nich uvoľnovať proteolytické enzýmy a reaktívne kyslíkové intermediáty, ktoré poškodia aj tkanivo (frustrovaná fagocytóza). Za vhodných podmienok môže nastať aj agregácia trombocytov, čo spôsobí uvoľnenie ďalších vazoaktívnych látok. Môžu vznikať aj mikrotromby, ktoré zapríčinia lokálnu ischémiu. Morfologicky sa imunokomplexové poškodenie prejaví nekrózou, ktorá často obsahuje fibrín, a preto sa aj označuje ako fibrinoidná. Typický je aj celulárny infiltrát, ktorý pozostáva hlavne z neutrofilov.

Poškodenie môžeme pozorovať vo všetkých orgánoch a tkanivách, kde sa cirkulujúce imunokomplexy deponovali (ukladali).

Imunokomplexová reakcia môže vzniknúť aj po jednorázovom podávaní väčšieho množstva antigénu. K vzniku veľkého množstva imunokomplexov môže však dôjsť až po vytvorení dostatočného množstva protilátok. Z tohto dôvodu táto reakcia nevznikne ihneď po aplikácii antigénu, ale až po niekoľkých dňoch (najčastejšie po 10 - 14 dňoch). Cirkulujúce imunokomplexy sa najčastejšie ukladajú v stenách glomerulov, na povrchu endotelových buniek, v synoviálnej tekutine kĺbov, kde spôsobujú príznaky glomerulonefritídy, vaskulitídy alebo artritídy.

Imunopatologické reakcie IV. typu

Tieto reakcie sa prejavujú po viac ako 12 hodinách (zvyčajne 24 - 72 hodín) od stimulácie antigénom (alergénom), z tohto dôvodu sa označujú pojmom oneskorená precitlivenosť (DTH - delayed type of hypersenzitivity). Sú navodzované TH lymfocytmi, ktoré boli senzibilizované predchádzajúcim kontaktom s alergénom. Alergén bol pohltený APC bunkami a prostredníctvom MHC II predložený TH lymfocytom, z ktorých sa vytvorila populácia špecifických pamäťových TH1 lymfocytov. Pri nasledujúcom vniknutí alergénu kožné APC (Langerhansove bunky) prezentujú jeho fragmenty pamäťovým TH1 lymfocytom. Aktivované TH1 lymfocyty sekretujú prozápalové cytokíny (napr. IFN-y, IL-3), ktoré navodzujú miestne zápalové reakcie priťahovaním a aktiváciou monocytov a makrofágov. Makrofágy začnú uvoľňovať lyzozýmové enzýmy, reaktívne metabolity kyslíka a cytokíny (IL-1, TNF), ktoré poškodzujú okolité tkanivo. Na reakcii sa môžu podieľať aj TC lymfocyty. Charakteristické oneskorenie medzi podaním alergénu a reakciou je spôsobené tým, že spracovanie alergénu, jeho rozpoznanie TH1 lymfocytmi, nahromadenie makrofágov v tkanive a poškodenie, vyžaduje relatívne dlhý čas.

Reakcie oneskorenej precitlivenosti sa prejavujú na lokálnej a systémovej úrovni. Charakteristickým znakom lokálnej reakcie je objavenie sa opuchu v mieste podkožnej alebo vnútrokožnej injekcie alergénu do 48 hodín. Na rozdiel od mäkšej opuchliny pri bezprostrednej precitlivenosti (I. typu), je opuchlina pri oneskorenej precitlivenosti tvrdšia, lebo je vytvorená hlavne mononukleárnymi bunkami - z nich je 80 - 90 % monocytov a zvyšok tvoria lymfocyty. V ďalších dňoch môže dôjsť aj k nekróze kože v opuchnutom mieste. K systémovým prejavom oneskorenej precitlivenosti dochádza pri vniknutí veľkého množstva alergénu do krvného obehu. Symptómy reakcie sú horúčka, nevoľnosť, bolesti chrbta, kĺbov. Ťažké prípady systémovej reakcie môžu viesť k šoku, prípadne až k smrti niekoľko hodín po podaní alergénu (na rozdiel od šoku pri bezprostrednej precitlivenosti, ktorý nastáva v priebehu minút po vniknutí antigénu).

Na rozdiel od ostatných typov precitlivenosti sa hypersenzitivita IV. typu nedá prenášať z jedného živočícha na druhého prostredníctvom séra (protilátkami), ale iba T lymfocytmi.

Uvedený typ reakcie sa uplatňuje pri mnohých alergických ochoreniach, pri kontaktnej dermatitíde vznikajúcej po senzibilizácii niektorými jednoduchými chemikáliami a pri rejekcii transplantovaných tkanív. Azda najznámejšia je tuberkulínová reakcia, ktorou sa zisťuje stav imunity voči tuberkulóze. U jedinca, u ktorého predchádzajúca infekcia Mycobacterium tuberculosis indukovala stav imunity sprostredkovanej bunkami, po intradermálnej injekcii tuberkulínu vzniká erytém a indurácia (o niekoľko hodín po expozícii), ktorá dosahuje maximum o 24 - 48 hodín a potom ustupuje.

Reakcie oneskorenej precitlivenosti sú pravdepodobne dôležité pri obrane hostiteľa proti intracelulárnym parazitom, ako sú mykobaktérie (vyvolávajúce tuberkulózu alebo lepru) alebo niektoré vírusy (variola, morbilli, herpes). Vo všetkých týchto prípadoch výkonné bunky, angažujúce sa v reakciách oneskorenej precitlivenosti, môžu poškodzovať aj tkanivá hostiteľa.