Rozwój odporności organizmu

Organizm, mimo swych powiązań ze środowiskiem, jest jednostką biologicznie odrębną o specyficznych indywidualnych właściwościach także w skali gatunku, a wobec środowiska zachowuje wysoki stopień autonomii. Wobec istnienia innych ciał w otoczeniu, w tym organizmów żywych, substancji chemicznych, składników wdychanego powietrza itp., - z których część ma charakter inwazyjny - organizm dla ochrony swego istnienia, a szczególnie zabezpieczenia przed obcą informacja genetyczną, wypracował w procesie filogenezy mechanizmy zabezpieczające przed czynnikami zewnętrznymi - niepożądanymi. Należy tu w pierwszym rzędzie skóra i błony śluzowe z ich gruczołami i wydzielinami, a na wypadek pokonania tych mechanicznych i chemicznych barier ciała odpornościowe.

Zjawiska grupy pierwszej, zwane bywają odpornością nieswoistą (niespecyficzna), grupy drugiej, ze względu na swój wybitnie wybiórczy charakter, zwane są odpornością swoistą (specyficzną). Z grupa druga wiążą się też specjalne typy odporności, zwanej śródzakaźną, która ma miejsce tylko w przypadku występowania danych bakterii w organizmie (np. prątków gruźlicy). Wiele mechanizmów odporności wskazuje na ich genetyczne uwarunkowanie. Szczególny typ zabezpieczeń stanowi łożysko, wytwór matki i płodu, chroniące obydwa połączone organizmy przed naruszeniem wymaganego stopnia autonomii.

Bariery mechaniczne i chemiczne

Jedne z pierwszych barier chroniących organizm przed szkodliwymi czynnikami środowiska zewnętrznego to skóra i błony śluzowe. Skóra pełni w ustroju wiele różnorodnych funkcji, jak:

• aktywność w przemianie materii i energii ( w tym rola termoregulacyjna),
• odbierania bodźców przez narządy zmysłów
• zamiana prowitaminy w witaminę D pod wpływem promieni słonecznych i tp.

Rozwój skóry i jej właściwości istotne dla obrony organizmu:

Skóra (i włosy) powstają z ektodermy (naskórek) i mezodermy (skóra właściwa). Do 2 miesiąca naskórek zarodka ma jedna warstwę komórek. Od 2 miesiąca formuje się naskórek dwuwarstwowy. Warstwa górna (periderma) już od 5 miesiąca rozwoju płodowego powoli rogowacieje. Skóra właściwa różnicuje się począwszy od 3 miesiąca na dwie części:

• skórę
• tkankę podskórną

Z tkanki podskórnej w 5 miesiącu powstaje zaczątek tkanki tłuszczowej.

Włosy rosną na skórze tuz przed urodzeniem, a w chwili urodzenia ich długość wynosi średnio 2,4 cm u chłopców i 2,6 cm u dziewcząt. Szybkość wzrastania wynosi u noworodków 0,2 mm/dobę, u dzieci i dorosłych od 0,3 do 5 mm na dobę. Włosy na brodzie pod pachami itp. żyją około 3-4 miesięcy, na głowie około 4 lata. Masa paznokci wynosi 3 g, ich grubość mężczyzn 0,38 mm, u kobiet 0,35 mm. Szybkość wzrastania paznokci średniego palca wynosi do 3 roku życia 0,07 mm/dobę, w wieku 20-30 lat 0,12 mm/dobę, w wieku 80 lat 0,09 mm/dobę. Zima paznokcie rosną 8-13% wolniej niż latem.

U niemowlęcia skóra jest cienka, zabezpieczająca przed mechanicznymi uszkodzeniami i zakażeniami warstwa rogowa jest skąpa, cienka jest także warstwa ziarnista. O ile u noworodka jeszcze przed wpływem hormonów matki są dość dobrze wykształcone gruczoły łojowe, to u niemowlęcia działalność gruczołów łojowych , jak i potowych jest jeszcze słaba, są one mało zróżnicowane. Niska jest także kwasota i niewiele wydzielanych kwasów tłuszczowych, a więc niskie są właściwości bakteriostatyczne skóry. W pierwszych latach życia skóra ma większą zdolność wchłaniania, zawiera stosunkowa dużo krążącej w naczyniach włosowatych krwi, mniejsze jest napięcie naczyń, a większa ich przepuszczalność, jak też magazynuje ona do 17% całej wody ustroju. Oczywiście ogólniej można powiedzieć, że mechanizmy obronne skóry niemowlęcia są znacznie słabsze aniżeli u dorosłych, formują się one wraz z wiekiem. Stąd łatwiej u niemowląt o zakażenie i bariera skóry jest częściej forsowana przez bakterie, częstsze są też jej mechaniczne urazy, co jest kompensowane zwiększoną troską rodziców utrzymanie niemowlęcia w czystości.

Z wiekiem rozwija się warstwa rogowa skóry, która jest bardzo ważnym czynnikiem obronnym organizmu, zabezpieczającym przed zakażeniami i uszkodzeniami mechanicznymi. Znaczy rozwój funkcji gruczołów potowych i łojowych obserwuje się w okresie pokwitania. Skóra niemowlęcia jest słabszą barierą ochronną, a także większa jej powierzchnia przypada na 1 kg masy ciała, więc niejako większe sa potencjalnie wrota dla zakażenia. U noworodka 704 cm² skóry przypada na 1 kg masy ciała, w wieku 1 roku 528 cm², w wieku 6 lat 426 cm², a u dorosłego około 220-290 cm². U niemowlęcia istnieją jednak skuteczne mechanizmy obronne. Już u wcześniaków obserwuje się odczyny naczyniowe skóry na bodźce mechaniczne, z tym że ta długość okresu utajenia odczynu, jak i jego rozległość z wiekiem ulega zmianom, w wieku 3 miesięcy osiąga już charakter właściwy starszym dzieciom. Wydaje się jednak, że kształtowanie się odczynowości skóry stoi w ścisłym związku z rozwojem układu krążenia i układu nerwowego, a być może i hormonalnego. Jest interesujące, że już niemowlęta, u których badano odczyny skórne tzw. testem trafuriowym, wykazywały znaczne różnice międzyosobnicze, co może wskazywać, że są one w znacznym stopniu uzależnione od zróżnicowania właściwości genetycznych.

Także śluzówki jamy ustnej i przewodu pokarmowego są u niemowląt słabo wykształcone, a wydzieliny ich nie zabezpieczają w dostatecznym stopniu przed zakażeniem. Z wiekiem wykształcają się zarówno mechanizmy spłukujące bakterie i zanieczyszczenia w sposób mechaniczny (np. łzy), jak i pewne substancje bakteriobójcze (np. lizozym w ślinie). Obok swej podstawowej funkcji trawiennej rolę obronną spełnia stężenia kwasu żołądkowego, a być może i inne składniki soku żołądkowego. Drogi oddechowe niemowlęcia nie są jeszcze dostatecznie zabezpieczone, słabo rozwinięte są rzęski, odruch kaszlowy itp. Mechanizmy te kształtują się jednakże stosunkowo szybko w okresie postnatalnym.

U dziewcząt łatwo jest o stany zapalne pochwy wobec wysokiego pH wydzielin śluzówko.

Bariery obronne organizmu i wymienione mechanizmy odporności nieswoistej obejmują:

• błony komórkowe i tkankowe
• powłoki skórne
• nabłonki wyścielające
• niektóre płyny ustrojowe
• pierwotne funkcje układu siateczkowo - śródbłonkowego (produkcja fagocytów i makrofagów)

We krwi spotyka się co najmniej kilkanaście różnych substancji chemicznych działaniu nieswoistym (mp. properdyna) , które stanowią zabezpieczenie w momencie, gdy bakterie zdołaja pokonać mechaniczne i chemiczne bariery skóry i błon śluzowych. Całość tych mechanizmów wykształca się z wiekiem i jest w znacznym stopniu indywidualnie zróżnicowana, stąd można mówić o osobach bardziej lub ,mniej odpornych na działanie niekorzystnych czynników środowiska zewnętrznego.

Bariery immunologiczne

Odporność organizmu i mechanizmy jego odporności nieswoistej zostały wypracowane w procesie filogenezy i mają podobne znaczenie jak wrodzone odruchy bezwarunkowe układu nerwowego. Odporność swoista, kształtuje się w okresie rozwoju osobniczego w tym stopniu, że o ile organizm jest wychowywany w warunkach pełnej sterylności, nie dojdzie do wytworzenia się odpowiednich ciał obronnych. Genetycznie więc jest to uwarunkowane określanie, co jest substancja obcą dla danego ustroju (antygenem = substancją niezgodną z własnymi genami) oraz kontrolowanie powstawania przeciw niemu ciał obronnych (przeciwciał). Tym niemniej rozpoznawanie antygenów (w tym immunoantygenów = ciał powodujących wytworzenie rzeczywistej odporności przeciwzakaźnej) jest skutkiem doświadczeń nabytych w procesie ewolucji.

W odporności swoistej (specyficznej) wyróżnić należy właściwą dla poszczególnych komórek tzw. nadwrażliwość typu późniejszego ( w tym alergie) oraz humoralną, którą obejmuje krążące we krwi i płynach ustroju przeciwciała. Z punktu widzenia funkcjonowania tych mechanizmów wyróżnia się poza tym odporność czynną i bierną. Należy tu dodać, że obca

immunologicznie może stać się również tkanka własnego ciała, np. po napromieniowaniu, w starości na skutek zawodzenia mechanizmów immunologicznych jako obce mogą być rozpoznawane normalne tkanki własnego ciała.

Zasadniczą role w odporności odgrywają cząsteczki, zwane immunoglobulinami. Rozwój odporności zaczyna się wraz z rozwojem układu limfatycznego, co ma miejsce około 7-9 tygodnia u płodu, pojawiają się wówczas limfocyty w grasicy. Produkowane tu limfocyty T zdolne są do bezpośredniego unieszkodliwiania obcych komórek, jak również współdziałają z innymi typami komórek. Ich istnienie stwierdzono w 10-12 tygodniu rozwoju płodu w znacznych ilościach. Pierwsze limfocyty typu B, które na powierzchniach mają immunoglobuliny, powstają w wątrobie. Limfocyty typu B obserwuje się w wątrobie od 10 tygodnia. Od 11 tygodnia spotkać można we krwi i śledzionie.

Problem przenikania komórek i substancji chemicznych między organizmem matki i płodu ma jednak szerszy aspekt. Matka wykazuje reakcje immunologiczne w związku z odmienną genetyka płodu , który posiada geny uzyskane od ojca, nawet w przypadku pokrewieństwa małżonków, w części odmienne. Dodatkowo reaguje na chromosomy Y w przypadku płodu męskiego. Mechanizmy immunologiczne w tym okresie kontrolowane są na poziomie matki, jej macicy, łożyska oraz płodu. Mechanizmy matki są korygowane przez specyficzne i nie specyficzne mechanizmy modyfikujące, w macicy są one regulowane przez oddzielenie krążenia matki i płodu oraz ulokowanie płodu w doczesnej, na poziomie trofoblastu istnieje bariera fizjologiczna jego tkanek oraz lokalne blokowanie odczynów immunologicznych przez hormony, wreszcie na poziomie płodu występuje znaczna tolerancja wynikająca z niedojrzałości antygenowej oraz występowaniu surowicy fetuiny. Łożysko jest barierą niedoskonałą, bowiem np. białe krwinki (leukocyty) przepuszcza w obie strony, kontrolując jedynie ilość migrujących leukocytów szczególnie od matki do płodu. Trofoblast (tkanka ochronna o odżywcza pochodzenia płodowego) jest bezpośrednio wystawiony na krążenie matki, jednak jest on obojętny immunologicznie, działa inercyjnie. Komórki trafolastu przenikają do krążenia matki i znajdowane są w jej tkankach (np. płucach). Być może spełniają one w organizmie matki rolę czynnika modyfikującego jej odpowiedzi immunologiczne względem płodu. Wydaje się jednak, że ta owa niekompletność bariery łożyska ma istotne znaczenie dla dozowania komórek obcych, co ma ważny wpływ na dojrzewanie systemu odpornościowego płodu.

Intensywny rozwój immunoglobulin wiąże się z pierwszymi miesiącami po urodzeniu, gdy organizm niemowlęcia zostaje pozbawiony dopływu przeciwciał z organizmu matki (otrzymuje wprawdzie IgA wraz z mlekiem), natomiast narażony na inwazje wielkiej liczby zagrażających mu ciał obcych - nieznanych sobie dotychczas czynników, na które odpowiada wytworzeniem ciał obronnych. Dojrzewanie immunologiczne niemowlęcia jest ściśle związane z występowaniem "agerywnego" w tym względzie środowiska, a największa intensywność wytwarzania przeciwciał przypada na okres około trzeciego tygodnia po urodzeniu. U dzieci do 3 roku życia poziom IgM jest zazwyczaj wyższy od IgA, podczas gdy u osób dorosłych jest odwrotnie. U dzieci spotyka się znaczne wahania poziomu immunoglobulin, które nie są typowe dla dorosłych. Szczególnie znaczne różnice obserwuje się między porami roku, najniższy jest w okresie od lipca do grudnia, wysoki od stycznia do kwietnia. - różnica dla niektórych (np. IgM) jest bardzo znaczna: na jesieni poziom jest 7-krotnie wyższy niż na wiosnę. Wynika stąd istotna implikacja dotycząca pory roku urodzenia oraz okresu szczególnego zagrożenia dziecka ze strony różnych inwazji bakteryjnych. Najkorzystniejszy okres urodzenia dziecka przypada na czas między lutym i majem, bowiem naturalny okres wyższej odporności przypadnie na pierwsze miesiące życia.

Wysoki poziom koncentracji gammaglobulin u noworodka (ok. 13-15% wszystkich globulin), spada wkrótce po urodzeniu do około 3,3% w wyniku zaniku tych , które uzyskał płód od matki. Odporność uzyskana pod wpływem matki w okresie rozwoju śródmacicznego zanika około 4-6 miesiąca po urodzeniu. Poziom charakterystyczny dla dorosłych osiągany jest dla poszczególnych typów immunoglobulin w różnym wieku, dla IgG osiągany jest w wieku 5-11 lat.

Immunoglobulina IgG stanowi 85-90% wszystkich innych typów, które są obecne w surowicy krwi osób dorosłych, z czego około 45% umiejscowione jest w osoczu krwi, a ok. 55% w płynach pozakomórkowych. Rola immunoglobulin IgG polega głównie na zobojętnieniu jadów bakteryjnych. Kwestionowana jest ich rola w zobojętnieniu aktywności wirusów.

Pewną rolę odgrywa także immunoglobulina IgA, która znaleźć można we łzach, ślinie, a także w sokach trawiennych układu pokarmowego - narasta dość szybko w pierwszych miesiącach po urodzeniu, osiągając poziom charakterystyczny dla dorosłego około 7-8 miesiąca życia. Immunoglobulina IgM spotykana jest wyłącznie we krwi, natomiast powstaje w sle4dzionie i innych partiach układu siateczkowo-śródbłonkowego. Rola jej polega na aktywności procesu fagocytozy i rozpuszczaniu bakterii. Poziom u noworodka jest stosunkowo niski, jednak szybko narasta, uzyskując w wieku 8-9 lat poziom właściwy dla dorosłych.

Przeciwciała są zazwyczaj cząstkami białkowymi, wytwarzanymi jako reakcja na działanie obcych substancji. Niekiedy są one wielocukrami, związkami zawierającymi tłuszcze lub innymi związkami chemicznymi połączonymi z białkami. Przeciwciała tworzone są przez różnego rodzaju komórki, jak:

• limfocyty
• makrofagi
• komórki plazmatyczne
• komórki układu siateczkowo- śródbłonkowego: tak jak w śledzionie, jak w grasicy w węzłach chłonnych i jelitach

Także rozmieszczenie przeciwciał jest różnorodne, występują one zarówno w limfie, jak i płynach wysiękowych oraz w różnych tkankach organizmu. Ogólna masa limfocytów wzrasta szybko w ciągu pierwszego półrocza po urodzeniu, a natomiast wolniej w okresie pokwitania - zmienia się również z wiekiem zawartość w poszczególnych narządach.

Kształtowanie się układu limfatycznego, będącego podstawą odporności swoistej, zachodzi już w okresie płodowym. Węzły limfatyczne szyjne i pachwinowe spotyka się już u około połowy noworodków. W pierwszym roku życia węzły chłonne rozwijają się bardzo szybko, następuje ich zróżnicowanie i zwiększanie wymiarów , tak że około 6 roku życia układ limfatyczny jest w pełni rozwinięty, choć jeszcze do 15 roku życia trzykrotnie zwiększy się liczba gruczołów chłonnych.

W tym wieku kończy się zróżnicowanie, a w okresie dorastania także i wzrastanie. Już w okresie płodowym węzły limfatyczne zdają się brać udział w tworzeniu limfocytów Jednak w pierwszych miesiącach życia rola limfocytów jest znikoma, wzrasta dopiero około 1 roku życia. W okresie niemowlęcym i dziecięcym tkanka limfatyczna reaguje na zakażenia znacznym obrzmieniem i przerostem Ten stan nie cofa się wraz z zanikiem źródła zakażenia. Z czasem występują zmiany wsteczne, reakcja węzłów chłonnych na ostre zakażenia zmniejsza się, jednak uzyskuje one zdolność zatrzymywania bakterii i toksyn o dużych cząsteczkach. O ile wiadomo, nie potrafią one pełnić podobnej roli względem wirusów, a nawet istnieją przypuszczenia, że wirusy mogą się rozmnażać w węzłach limfatycznych.

Istotną rolę w procesie odpornościowych odgrywa również śledziona, która wzrasta szczególnie u niemowlęcia oraz w okresie dojrzewania płciowego, choć masa jej względem całej masy ciała stale maleje.

Grasica spełnia przypuszczalnie podwójna rolę. Produkuje ona hormon aktywny w zjawiskach immunologicznych, chociaż sama przeciwciał nie produkuje, odgrywa znaczna rolę w dojrzewaniu elementów komórkowych, które są nosicielami ciał odpornościowych, w niej powstają pierwotne komórki kompetentne immunologicznie - tymocyty. Rośnie ona bardzo szybko pod koniec rozwoju płodowego i u niemowlęcia. U noworodka jej masa względem masy ciała jest największa. Przyrasta do okresu pokwitania ogólna jej masa - po okresie pokwitania ma miejsce szybka inwolucja grasicy i układu limfatycznego, na ich miejsce rozwija się tkanka tłuszczowa.

Podstawą dla szacowania rozwoju odporności jest także ilość białek osocza krwi. Całkowita ich ilość wynosi u 3-miesięcznego płodu 1,55 g/cm3, u noworodka 5,8 g/cm3, u dorosłych 6,5 do 7,2 g/cm3.

Jako miarę kształtowania sie odporności uważa się także dojrzewanie serologiczne, które można wyrazić wzrostem izoaglutynin. Są one w zasadzie nieprzepuszczalne przez łożysko, stąd niski ich poziom u noworodków. Jednakże bardzo szybko wzrastaj, największą koncentracje uzyskują w wieku 10 - 12 lat. Po tym wieku poziom aglutynin we krwi ulega obniżeniu, około 90-100 roku życia uzyskując wielkości podobne do tych, jakie posiada dziecko w pierwszych latach życia.

Stałe inwazje środowiskowe powodują, że odporność organizmu w zasadzie rozwija się przez całe życie, co jednak nie powoduje wzrostu stężenia immunoglobulin po 25-30 roku życia, przy dużej zmienności osobniczej. Starzenie się układu immunologicznego jest przypuszczalnie związane z szeregiem przyczyn, a biorąc pod uwagę bardzo wczesny początek regresu grasicy należy przypuszczać, że proces ten rozpoczyna się już pod koniec młodości, co przez dłuższy okres nie obniża jeszcze samej funkcji odpornościowej organizmu.