Введение в иммунологию
Основная функция иммунной системы — защита от всего генетически чужеродного — основана на ее способности распознавать «свое» и «чужое». Действие иммунной системы направлено не только на чужеродное, поступающее извне, например на микробы, но и на собственные измененные клетки. Нарушение функций иммунной системы приводит к разным заболеваниям — от крапивницы и аллергического ринита до ревматоидного артрита и злокачественных новообразований.
Эта глава дает общее представление об иммунной системе. Дополнительную информацию можно найти в следующих главах и рекомендуемой литературе.
I. Органы иммунной системы. Иммунная система представлена совокупностью органов и тканей, среди которых принято выделять центральные, где происходит созревание лимфоцитов, и периферические, где находятся зрелые лимфоциты.
А. К центральным органам иммунной системы относятся тимус и костный мозг, во внутриутробном периоде — также печень.
1. Костный мозг. Все клетки иммунной системы происходят из стволовых клеток костного мозга, которые дифференцируются в лимфоциты, гранулоциты, моноциты, эритроциты и мегакариоциты. В костном мозге происходит раннее, антигеннезависимое, созревание и дифференцировка B-лимфоцитов. Уменьшение количества стволовых клеток и нарушение их дифференцировки приводят к иммунодефицитам.
2. Тимус развивается из третьего и четвертого глоточных карманов и располагается в средостении. В тимусе происходит дифференцировка костномозговых клеток—предшественниц T-лимфоцитов и превращение их в зрелые T-лимфоциты. Часть созревающих T-лимфоцитов направлены против собственных антигенов. В тимусе эти T-лимфоциты погибают. Кроме того, тимус вырабатывает ряд гормонов (например, тимозин), которые регулируют дифференцировку и функции T-лимфоцитов.
Б. Периферические органы иммунной системы — это лимфоузлы, селезенка, лимфатические фолликулы ЖКТ. Эти органы связаны между собой кровеносными и лимфатическими сосудами. Перемещаясь по этим сосудам, лимфоциты получают информацию об антигене и передают ее во все органы иммунной системы.
1. Лимфоузлы — периферические органы иммунной системы, расположенные по ходу лимфатических сосудов. Они задерживают антигены и предотвращают их распространение. Строение лимфоузла показано на рис. 1.1. Строма лимфоузла образована рыхлой соединительной тканью, в его паренхиме различают корковое и мозговое вещество. Корковое вещество — B-зависимая зона — содержит лимфатические фолликулы, состоящие в основном из B-лимфоцитов. T-лимфоциты расположены преимущественно в паракортикальной — T-зависимой — зоне.
2. Селезенка задерживает и уничтожает антигены, циркулирующие в крови. Лимфоидная ткань селезенки представлена островками белой пульпы, которые, подобно лимфоузлам, имеют фолликулярное строение и разделены на B- и T-зависимые зоны.
3. Лимфатические фолликулы ЖКТ — это миндалины, собственно лимфатические фолликулы и пейеровы бляшки. Лимфатические фолликулы также разделены на B- и T-зависимые зоны. Большое количество лимфоцитов находится также в собственной пластинке слизистой и среди клеток эпителия тонкой и толстой кишки.
Клетки иммунной системы
А. Лимфоциты обладают уникальным свойством — способностью распознавать антиген. Они делятся на B-, T-лимфоциты и нулевые клетки. Под световым микроскопом все лимфоциты выглядят одинаково, но их можно отличить друг от друга по антигенам клеточной поверхности и функциям. T-лимфоциты составляют 70—80%, а B-лимфоциты — 10—15% лимфоцитов крови. Оставшиеся лимфоциты называются нулевыми клетками. Антигены клеточной поверхности лимфоцитов можно выявить с помощью моноклональных антител, меченных флюоресцентными красителями. Источниками моноклональных антител служат гибридомы, получаемые при слиянии миеломных клеток с плазматическими. Гибридомы способны к неограниченному делению и выработке антител, специфичных к определенному антигену. Поскольку набор антигенов клеточной поверхности лимфоцитов зависит не только от типа и стадии дифференцировки клеток, но и от их функционального состояния, с помощью моноклональных антител можно не только различить разные лимфоциты, но и отличить покоящиеся клетки от активированных. Антигены клеточной поверхности, выявляемые с помощью моноклональных антител, принято называть кластерами дифференцировки и обозначать CD. CD нумеруются по мере их выявления. Подробнее об этих молекулах рассказано в гл. 20, п. II.
Популяции и субпопуляции лимфоцитов. B-лимфоциты способны вырабатывать антитела к разным антигенам и являются основными эффекторами гуморального иммунитета. От других клеток их можно отличить по наличию иммуноглобулинов на клеточной мембране. T-лимфоциты участвуют в реакциях клеточного иммунитета: аллергических реакциях замедленного типа, реакции отторжения трансплантата и других, обеспечивают противоопухолевый иммунитет. Популяция T-лимфоцитов делится на две субпопуляции: лимфоциты CD4 — T-хелперы и лимфоциты CD8 — цитотоксические T-лимфоциты и T-супрессоры. Помимо этого существуют 2 типа T-хелперов: Th1 и Th2. Основные биологические эффекты некоторых цитокинов приведены в табл. 1.3. Нулевые клетки имеют ряд морфологических особенностей: они несколько крупнее B- и T-лимфоцитов, имеют бобовидное ядро, в их цитоплазме много азурофильных гранул. Другое название нулевых клеток — большие гранулярные лимфоциты. По функциональным характеристикам нулевые клетки отличаются от B- и T-лимфоцитов тем, что распознают антиген без ограничения по HLA и не образуют клетки памяти (см. гл. 1, п. IV.А). Одна из разновидностей нулевых клеток — NK-лимфоциты. На их поверхности есть рецепторы к Fc-фрагменту IgG, благодаря чему они могут присоединяться к покрытым антителами клеткам-мишеням и разрушать их. Это явление получило название антителозависимой клеточной цитотоксичности. NK-лимфоциты могут разрушать клетки-мишени, например опухолевые или инфицированные вирусами, и без участия антител.
Б. Фагоциты — макрофаги, моноциты, гранулоциты — мигрируют в очаг воспаления, проникая в ткани сквозь стенки капилляров, поглощают и переваривают антиген.
1. Макрофаги и моноциты. Клетки — предшественницы макрофагов — моноциты, выйдя из костного мозга, в течение нескольких суток циркулируют в крови, а затем мигрируют в ткани. Роль макрофагов в иммунитете исключительно важна — они обеспечивают фагоцитоз, переработку и представление антигена T-лимфоцитам. Макрофаги вырабатывают ферменты, некоторые белки сыворотки, кислородные радикалы, простагландины и лейкотриены, цитокины (интерлейкины-1, -6, фактор некроза опухолей и другие). Предшественниками клеток Лангерганса, клеток микроглии и других клеток, способных к переработке и представлению антигена, также являются моноциты. В отличие от B- и T-лимфоцитов, макрофаги и моноциты не способны к специфическому распознаванию антигена.
2. Нейтрофилы. Основная функция этих клеток — фагоцитоз. Действие нейтрофилов, как и макрофагов, неспецифично.
3. Эозинофилы играют важную роль в защите от гельминтов и простейших. По свойствам эозинофилы сходны с нейтрофилами, но обладают меньшей фагоцитарной активностью. Считается, что в норме эозинофилы угнетают воспаление. Однако при бронхиальной астме эти клетки начинают вырабатывать медиаторы воспаления — главный основный белок, нейротоксин эозинофилов, катионный белок эозинофилов, лизофосфолипазу, — вызывающие повреждение эпителия дыхательных путей.
В. Базофилы и тучные клетки секретируют медиаторы — гистамин, лейкотриены, простагландины, фактор активации тромбоцитов, — которые повышают проницаемость сосудов и участвуют в воспалении (см. гл. 2, п. I.Г). Базофилы циркулируют в крови, время их жизни составляет всего несколько суток. Тучные клетки, которых значительно больше, чем базофилов, находятся в тканях. Базофилы и тучные клетки несут на своей поверхности рецепторы IgE и играют важнейшую роль в аллергических реакциях немедленного типа.
Развитие иммунной системы
А. Филогенез. На низших этапах эволюционного развития защитные реакции носят неспецифический характер. У простейших они ограничиваются поглощением и ферментативным расщеплением, у примитивных многоклеточных имеются защитные барьеры и специализированные фагоциты. Лимфоидные клетки, способные к распознаванию антигена и обладающие иммунологической памятью, появляются только у низших хордовых. У высших позвоночных и человека в защите организма принимают участие как гуморальный и клеточный иммунитет, так и факторы неспецифической защиты.
Б. Онтогенез
1. Лимфоциты на ранних этапах кроветворения образуются в желточном мешке. Затем, на 4—5-й неделе внутриутробного развития, их основным источником становится печень, а еще позже — костный мозг. B-лимфоциты проходят антигеннезависимую дифференцировку в костном мозге. Здесь на их поверхности появляются IgM. Затем они покидают костный мозг и заселяют периферические органы иммунной системы. Контакт с антигеном стимулирует антигензависимую дифференцировку B-лимфоцитов в плазматические клетки, способные к выработке антител. Плазматические клетки плода начинают секретировать IgM примерно на 10-й, IgG — на 12-й и IgA — на 30-й неделе внутриутробного развития. У новорожденного антитела представлены в основном материнскими IgG, уровни IgM и IgA, если не было внутриутробной инфекции, незначительны. Динамика уровня иммуноглобулинов в сыворотке в зависимости от возраста представлена на рис. 1.2 и в приложении V. Предшественники T-лимфоцитов на 6—8-й неделе внутриутробного развития заселяют тимус, где происходят рост, антигеннезависимая дифференцировка и гибель T-лимфоцитов, направленных против собственных антигенов. Активность этих процессов возрастает, становясь максимальной в период полового созревания.
2. Фагоциты так же, как и лимфоциты, на ранних этапах кроветворения образуются в желточном мешке. У двухмесячного плода их немного, и представлены они в основном миелоцитами и макрофагами соединительной ткани. На 4—5-м месяце внутриутробного развития в селезенке и лимфоузлах появляются моноциты, количество которых впоследствии возрастает. Нейтрофилы новорожденных, родившихся в срок, проявляют нормальную фагоцитарную активность, нейтрофилы недоношенных фагоцитируют слабее. Способность нейтрофилов и моноцитов новорожденных к хемотаксису выражена слабее, чем у взрослых.
3. Начало синтеза компонентов комплемента во внутриутробном периоде по времени почти совпадает с началом синтеза иммуноглобулинов. Компоненты комплемента не проникают через плаценту, поэтому их концентрация в крови новорожденного невелика.
Механизмы иммунитета
К специфическим факторам защиты относятся гуморальное и клеточное звенья иммунитета. Фагоцитоз и опосредованное комплементом разрушение клеток относятся к неспецифическим факторам защиты. Несмотря на принципиальное отличие специфических факторов защиты от неспецифических, которое заключается в способности распознавать антиген и сохранять память о нем, функционально они тесно связаны. Так, развитие иммунного ответа невозможно без участия макрофагов, в то же время активность макрофагов регулируется лимфоцитами.
А. Гуморальный иммунитет. Антигенраспознающие рецепторы B-лимфоцитов представляют собой молекулы иммуноглобулинов. При связывании антигена с соответствующим рецептором и под влиянием цитокинов, вырабатываемых моноцитами, макрофагами и T-лимфоцитами, происходит активация B-лимфоцитов, которые начинают делиться и дифференцироваться в плазматические клетки. Часть активированных B-лимфоцитов превращаются в клетки памяти, которые обеспечивают более быстрый и эффективный иммунный ответ при повторном контакте с антигеном. Выделяют 4 стадии первичного иммунного ответа. На первой стадии, которая занимает 3—4 сут, антитела к соответствующему антигену в сыворотке отсутствуют. На второй стадии появляются IgM, и спустя 10—14 сут после контакта с антигеном — IgG. На третьей стадии уровень антител остается постоянным. Четвертая стадия первичного иммунного ответа обычно растягивается на месяцы. Она характеризуется постепенным снижением уровня антител. Вторичный иммунный ответ развивается при повторном контакте с антигеном. Антитела, главным образом IgG, появляются быстрее и в более высоком титре, чем при первичном иммунном ответе. Следует также отметить, что IgG распадаются медленнее, чем IgM.
1. Структура иммуноглобулинов. Молекула иммуноглобулина состоит из 4 гликозилированных полипептидных цепей — 2 легких и 2 тяжелых, соединенных дисульфидными мостиками в симметричную структуру (см. рис. 1.3). Существует 5 классов иммуноглобулинов — IgA, IgG, IgM, IgD и IgE. Они различаются по типу тяжелых цепей (см. табл. 1.1). Легкие цепи могут быть лишь двух типов — каппа и лямбда. Каждая молекула иммуноглобулина состоит из тяжелых цепей одного типа, соединенных с легкими цепями также только одного типа. Иммуноглобулины одного класса могут содержать как каппа-, так и лямбда-цепи. Мономерные иммуноглобулины, например IgG, состоят из одной молекулы, полимерные — IgM и IgA — из нескольких. Так, IgM состоит из 10 мю-цепей и 10 каппа- или лямбда-цепей. Помимо легких и тяжелых цепей молекулы полимерных иммуноглобулинов включают J-цепь, а молекулы IgA — секреторный компонент.
2. Разнообразие антител. Для распознавания всего многообразия антигенов окружающей среды иммунная система должна вырабатывать не менее 108 антител разной специфичности. Специфичность антител, то есть способность распознавать какой-либо один антиген, определяется аминокислотной последовательностью вариабельных областей легких и тяжелых цепей (см. рис. 1.3). Разнообразие антител обеспечивается уникальным строением участков ДНК, кодирующих вариабельные области. В зрелом B-лимфоците участок ДНК, кодирующий вариабельную область тяжелой цепи, состоит из трех генов, которые обозначаются V, D и J, а вариабельная область легкой цепи — из двух генов — V и J. Костномозговой предшественник B-лимфоцита содержит множество вариантов этих генов. В процессе созревания B-лимфоцита они случайным образом комбинируются друг с другом, образуя единый комплекс, состоящий из одного гена V, одного гена D и одного гена J. Увеличению разнообразия антител способствуют также мутации этих генов.
3. Функции отдельных участков молекулы иммуноглобулина можно изучать, расщепляя ее на фрагменты. Для расщепления молекулы иммуноглобулина используются ферменты (папаин и пепсин), кислоты и мочевина. При обработке папаином молекула иммуноглобулина распадается на три части — два Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент, тогда как пепсин расщепляет молекулу на один F(ab')2-фрагмент и два Fc-фрагмента (см. рис. 1.3).
а. Fab-фрагмент представлен N-концевым участком тяжелой цепи и легкой цепью молекулы иммуноглобулина, каждая цепь Fab-фрагмента содержит одну вариабельную и одну константную область. Специфичность антител определяется аминокислотной последовательностью вариабельных областей.
б. Fc-фрагмент представляет собой C-концевые участки тяжелых цепей и состоит только из константных областей. От строения Fc-фрагмента зависит способность иммуноглобулина проникать через плаценту, связывать комплемент и присоединяться к разным типам клеток — макрофагам, тромбоцитам, тучным клеткам. Кроме того, от строения этого фрагмента зависит скорость синтеза и распада молекулы иммуноглобулина. В распознавании антигена Fc-фрагмент участия не принимает.
4. Классы иммуноглобулинов. Характеристика классов и подклассов иммуноглобулинов приведена в табл. 1.1.
а. IgG вырабатываются как при первичном, так и при вторичном иммунном ответе. IgG обладают максимальной способностью проникать в ткани, поэтому они наиболее эффективно связывают и удаляют антигены. На основании структурных различий тяжелых цепей можно выделить 4 подкласса IgG, которые обозначаются IgG1, IgG2, IgG3 и IgG4. Подклассы IgG различаются по способности связывать комплемент и активировать его по альтернативному пути, связываться с рецептором к Fc-фрагменту IgG на разных типах клеток и проникать через плаценту.
б. IgM вырабатываются при первичном иммунном ответе. Пентамерная молекула IgM состоит из 5 мономерных молекул, подобных молекуле IgG, связанных дисульфидными мостиками и J-цепью. Эти антитела не проникают через плаценту. IgM эффективно связывают комплемент и активируют его по классическому пути, обеспечивая разрушение клеток, например бактерий. Именно к этому классу иммуноглобулинов относятся изогемагглютинины — естественные антитела к эритроцитарным антигенам A и B.
в. IgA — основной иммуноглобулин слизистых, содержится также в крови. В слизистых IgA присутствуют в виде димеров, в сыворотке — в виде мономеров, димеров и тримеров. Димерный IgA содержит секреторный компонент, который обеспечивает проникновение молекулы через эпителий. Изолированный дефицит IgA — самая частая форма первичного иммунодефицита.
г. IgD присутствует в сыворотке в очень низкой концентрации, функции его неизвестны. IgD на поверхности B-лимфоцитов выполняют функции антигенраспознающих рецепторов.
д. IgE. В норме концентрация IgE в сыворотке невелика, однако она возрастает при аллергических реакциях немедленного типа (см. табл. 2.4). Высокоаффинные рецепторы к Fc-фрагменту IgE находятся на тучных клетках и базофилах. При связывании IgE, фиксированных на мембранах тучных клеток или базофилов, с антигеном происходит высвобождение медиаторов воспаления. Именно этот механизм лежит в основе патогенеза анафилактических реакций (см. гл. 2, п. I).
Б. Клеточный иммунитет. Основные характеристики клеточного и гуморального звеньев иммунитета представлены в табл. 1.2. Клеточный иммунитет опосредован цитотоксическими T-лимфоцитами и T-хелперами. Цитотоксические T-лимфоциты непосредственно контактируют с чужеродными клетками и разрушают их, а T-хелперы вырабатывают биологически активные вещества — цитокины, активирующие макрофаги (см. табл. 1.3). По способности вырабатывать разные цитокины и участвовать в регуляции клеточного и гуморального иммунитета T-хелперы подразделяются на 2 типа — Th1 и Th2. Первые вырабатывают интерферон гамма и интерлейкин-2, стимулируют пролиферацию цитотоксических T-лимфоцитов и активируют макрофаги, вторые вырабатывают интерлейкины-4, -5, -6, стимулируют пролиферацию и дифференцировку B-лимфоцитов, а также синтез антител разных классов.
1. Главный комплекс гистосовместимости — это группа генов и кодируемых ими антигенов клеточной поверхности, которые играют важнейшую роль в распознавании чужеродного и развитии иммунного ответа. Главный комплекс гистосовместимости человека получил название HLA. Антигены HLA подразделяются на антигены классов I и II. Антигены HLA класса I необходимы для распознавания трансформированных клеток цитотоксическими T-лимфоцитами. Важнейшая функция антигенов HLA класса II — обеспечение взаимодействия между T-лимфоцитами и макрофагами в процессе иммунного ответа. T-хелперы распознают чужеродный антиген лишь после его переработки макрофагами, соединения с антигенами HLA класса II и появления этого комплекса на поверхности макрофага. Способность T-лимфоцитов распознавать чужеродные антигены только в комплексе с антигенами HLA называют ограничением по HLA. Определение антигенов HLA классов I и II имеет большое значение в клинической иммунологии и используется, например, при подборе пар донор—реципиент перед трансплантацией органов (см. гл. 17, пп. I—II).
2. Клеточный иммунитет играет важную роль в следующих реакциях.
а. Аллергические реакции замедленного типа (например, туберкулиновые пробы), аллергический контактный дерматит.
б. Защита против внутриклеточных паразитов.
в. Противовирусный и противогрибковый иммунитет.
г. Отторжение трансплантата.
д. Противоопухолевый иммунитет.
В. Фагоциты. Фагоциты делятся на две группы: циркулирующие и тканевые. К циркулирующим фагоцитам относятся все гранулоциты и моноциты, к тканевым — макрофаги соединительной ткани, купферовские клетки, дендритные клетки селезенки и лимфоузлов, клетки Лангерганса, альвеолярные и интерстициальные макрофаги легких, клетки микроглии и другие. Фагоцитоз играет важнейшую роль в защите организма от чужеродного. Нарушения функций фагоцитов приводят к повышенной восприимчивости к инфекциям. Уничтожение антигена фагоцитами можно разделить на несколько стадий: 1) хемотаксис (направленное движение фагоцита к антигену); 2) адгезия фагоцитов к эндотелию; 3) выход фагоцитов во внесосудистое пространство; 4) опсонизация антигена (связывание с антителами и комплементом) и прикрепление к нему фагоцита; 5) фагоцитоз; 6) активация метаболизма фагоцитов; 7) расщепление антигена.
1. Хемотаксис. Фагоциты могут перемещаться хаотично и направленно. Направленное движение фагоцитов называется хемотаксисом. Известно множество веществ, вызывающих хемотаксис, например анафилатоксины (фрагменты компонентов комплемента C3a, C4a, C5a), продукты жизнедеятельности бактерий, лейкотриены.
2. Опсонизация — обволакивание поверхности чужеродных частиц антителами или компонентами комплемента — облегчает поглощение чужеродных частиц фагоцитами.
3. Фагоцитоз — это поглощение чужеродной клетки или частицы фагоцитом с образованием вакуоли — фагосомы. Фагосома затем сливается с лизосомой, в результате чего в нее попадают ферменты, разрушающие фагоцитированный материал. Важную роль в его уничтожении играют кислородные радикалы, продукция которых резко возрастает при контакте фагоцитов с бактериями или чужеродными частицами. Кроме того, в процессе фагоцитоза накапливаются галогенсодержащие радикалы, также обладающие бактерицидным действием. По продукции кислородных радикалов в ответ на введение чужеродных частиц можно оценить цитотоксическую активность фагоцитов.
Г. Комплемент состоит из более чем 25 белков — компонентов комплемента, выявляемых в крови и на поверхности некоторых клеток. Комплемент играет важную роль в защите от чужеродного: он разрушает бактериальные и инфицированные вирусами собственные клетки, участвует в регуляции воспалительных и иммунных реакций. Некоторые фрагменты компонентов комплемента, например C3b, являются опсонинами. Опсонизированные клетки быстрее фагоцитируются, поскольку фагоциты активно связываются с этими клетками через соответствующие рецепторы. Компоненты комплемента можно условно разделить на три группы: 1) компоненты, запускающие классический путь активации комплемента; 2) компоненты, запускающие альтернативный путь активации комплемента; 3) эффекторные компоненты (см. рис. 1.4).
1. Классический путь активации комплемента начинается с присоединения C1 к иммунным комплексам, в состав которых входят IgG1, IgG2, IgG3 или IgM. Компонент C1 состоит из трех белков — C1q, C1r и C1s, образующих комплекс в присутствии Ca2+. После связывания C1q с иммунным комплексом происходит активация C1r и C1s, которые расщепляют C4 и C2 с образованием комплекса C4b2a — C3-конвертазы классического пути. Этот фермент расщепляет C3 с образованием C3b, который, в свою очередь, активирует остальные компоненты комплемента.
2. Альтернативный путь активации комплемента начинается с расщепления C3. Биологический смысл такой активации комплемента заключается в том, что защита от чужеродного начинается еще до появления антител. Активацию комплемента по альтернативному пути вызывают инулин, зимозан, бактериальные полисахариды и агрегаты IgG4, IgA или IgE. Образовавшийся в результате расщепления C3 C3b связывается с факторами D и B с образованием комплекса C3bBb — C3-конвертазы альтернативного пути. Комплекс C3bBb стабилизируется пропердином, в отсутствие последнего комплекс C3bBb быстро разрушается.
3. Образование мембраноатакующего комплекса. При активации комплемента как по классическому, так и по альтернативному пути C3 расщепляется с образованием C3b. Компонент C3b выполняет множество функций. Он связывается с С4b2a с образованием комплекса С4b2a3b — C5-конвертазы классического пути, с фактором B с образованием комплекса C3bBb — C3-конвертазы альтернативного пути и с C3bBb с образованием комплекса C3bBb3b — C5-конвертазы альтернативного пути (см. рис. 1.5).
На следующих этапах активации комплемента по классическому и альтернативному пути формируется комплекс C5b67, фиксированный на мембране чужеродной клетки. Присоединение к нему C8 вызывает частичное повреждение мембраны и медленное разрушение клетки. Когда к комплексу C5b678 присоединяется компонент C9, образуется мембраноатакующий комплекс — структура, по форме напоминающая цилиндр, которая встраивается в клеточную мембрану и нарушает ее целостность. Через образовавшийся канал в клетку устремляются вода и электролиты, что приводит к ее гибели.
V. Антигены — это вещества, которые распознаются специфическими антителами и T-лимфоцитами и вызывают иммунный ответ. Для характеристики антигена принято использовать понятия иммуногенность и антигенность. Иммуногенность — это способность антигена вызывать иммунный ответ, а антигенность — это способность антигена связываться с антителом. Соединения с молекулярной массой менее 10 000, например лекарственные средства, сами по себе не иммуногенны. Такие соединения принято называть гаптенами. Гаптены приобретают иммуногенность лишь после соединения с высокомолекулярным белком-носителем. Гаптены не могут стимулировать выработку антител, но могут связываться с ними. Следует подчеркнуть, что иммуногенность — комплексная характеристика, которая зависит от свойств самого антигена, пути его введения и способа иммунизации.
VI. Классификация аллергических реакций. Аллергия — это такое состояние, иммунный ответ при котором сопровождается повреждением собственных тканей. Аллергическая реакция — это иммунная реакция, при которой контакт с антигеном приводит к избыточной продукции антител или пролиферации T-лимфоцитов. По классификации Джелла и Кумбса выделяют четыре типа аллергических реакций (см. рис. 1.6).
А. Аллергические реакции немедленного типа. Развитию аллергических реакций немедленного типа предшествует контакт с антигеном, продукция IgE и их фиксация на поверхности базофилов и тучных клеток. Взаимодействие антигена с фиксированными IgE приводит к высвобождению медиаторов воспаления — гистамина, лейкотриенов, цитокинов и ферментов (см. гл. 2, п. I.Г). Аллергические реакции этого типа лежат в основе анафилактических реакций, аллергического ринита, экзогенной бронхиальной астмы.
Б. Цитотоксические аллергические реакции. Цитотоксические реакции обусловлены взаимодействием IgG или IgM с антигенами, фиксированными на мембранах собственных клеток. Связывание антител с мембранами клеток приводит к активации комплемента и гибели этих клеток. Таков патогенез аутоиммунной гемолитической анемии и гемолитической болезни новорожденных. Сходные реакции, но без разрушения клеток, наблюдаются при тиреотоксикозе, вызванном тиреостимулирующими антителами, гипотиреозе, вызванном тиреоблокирующими антителами, а также при миастении, вызванной антителами, блокирующими связывание ацетилхолина с его рецепторами.
В. Иммунокомплексные аллергические реакции. Попадая в кровоток, антигены связываются с антителами с образованием иммунных комплексов, которые в норме поглощаются фагоцитами. Однако при высокой концентрации иммунные комплексы откладываются в тканях и повреждают их. Основные причины отложения иммунных комплексов — это увеличение концентрации иммунных комплексов в крови и повышение проницаемости сосудов. Фиксированные в тканях иммунные комплексы могут активировать комплемент и вызывать образование анафилатоксинов, стимулируют хемотаксис нейтрофилов и фагоцитоз. Аллергические реакции этого типа лежат в основе сывороточной болезни, инфекционного эндокардита и некоторых форм гломерулонефрита.
Г. Аллергические реакции замедленного типа. В отличие от других типов аллергических реакций, в аллергических реакциях замедленного типа антитела не участвуют. Эти реакции обусловлены взаимодействием T-лимфоцитов с антигеном. Классические примеры аллергических реакций замедленного типа — это туберкулиновые пробы и аллергический контактный дерматит.
Основные представления об аллергических реакциях немедленного типа
Аллергические реакции немедленного типа — это опосредованные IgE иммунные реакции, протекающие с повреждением собственных тканей. В 1921 г. Прауснитц и Кюстнер показали, что за развитие аллергических реакций немедленного типа отвечают реагины — факторы, обнаруженные в сыворотке больных этой формой аллергии. Лишь 45 лет спустя Ишизака установил, что реагины — это иммуноглобулины нового, неизвестного до того времени класса, названные впоследствии IgE. Сейчас достаточно хорошо изучены как сами IgE, так и их роль в заболеваниях, обусловленных аллергическими реакциями немедленного типа. Аллергическая реакция немедленного типа проходит ряд стадий: 1) контакт с антигеном; 2) синтез IgE; 3) фиксация IgE на поверхности тучных клеток; 4) повторный контакт с тем же антигеном; 5) связывание антигена с IgE на поверхности тучных клеток; 6) высвобождение медиаторов из тучных клеток; 7) действие этих медиаторов на органы и ткани.
I. Патогенез
А. Антигены. Не все антигены стимулируют выработку IgE. Например, таким свойством не обладают полисахариды. Большинство природных антигенов, вызывающих аллергические реакции немедленного типа, — это полярные соединения с молекулярной массой 10 000—20 000 и большим количеством поперечных сшивок. К образованию IgE приводит попадание в организм даже нескольких микрограммов такого вещества. По молекулярной массе и иммуногенности антигены делятся на две группы: полные антигены и гаптены.
1. Полные антигены, например антигены пыльцы, эпидермиса и сыворотки животных, экстрактов гормонов, сами по себе вызывают иммунный ответ и синтез IgE. Основу полного антигена составляет полипептидная цепь. Его участки, распознаваемые B-лимфоцитами, называются антигенными детерминантами. В процессе переработки полипептидная цепь расщепляется на низкомолекулярные фрагменты, которые соединяются с антигенами HLA класса II и в таком виде переносятся на поверхность макрофага. При распознавании фрагментов переработанного антигена в комплексе с антигенами HLA класса II и под действием цитокинов, вырабатываемых макрофагами, активируются T-лимфоциты. Антигенные детерминанты, как уже указывалось, распознаются B-лимфоцитами, которые начинают дифференцироваться и вырабатывать IgE под действием активированных T-лимфоцитов.
2. Гаптены — это низкомолекулярные вещества, которые становятся иммуногенными только после образования комплекса с тканевыми или сывороточными белками-носителями. Реакции, вызванные гаптенами, характерны для лекарственной аллергии. Различия между полными антигенами и гаптенами имеют важное значение для диагностики аллергических заболеваний. Так, полные антигены можно определить и использовать в качестве диагностических препаратов для кожных аллергических проб. Определить гаптен и изготовить на его основе диагностический препарат практически невозможно, исключение составляют пенициллины. Это обусловлено тем, что низкомолекулярные вещества при попадании в организм метаболизируются и комплексы с эндогенным белком-носителем образуют в основном метаболиты.
Б. Антитела. Для синтеза IgE необходимо взаимодействие между макрофагами, T- и B-лимфоцитами. Антигены поступают через слизистые дыхательных путей и ЖКТ, а также через кожу и взаимодействуют с макрофагами, которые перерабатывают и представляют его T-лимфоцитам. Под действием цитокинов, высвобождаемых T-лимфоцитами, B-лимфоциты активируются и превращаются в плазматические клетки, синтезирующие IgE (см. рис. 2.1).
1. Плазматические клетки, вырабатывающие IgE, локализуются главным образом в собственной пластинке слизистых и в лимфоидной ткани дыхательных путей и ЖКТ. В селезенке и лимфоузлах их мало. Общий уровень IgE в сыворотке определяется суммарной секреторной активностью плазматических клеток, расположенных в разных органах.
2. IgE прочно связываются с рецепторами к Fc-фрагменту на поверхности тучных клеток и сохраняются здесь до 6 нед. С поверхностью тучных клеток также связываются IgG, однако они остаются связанными с рецепторами не более 12—24 ч. Связывание IgE с тучными клетками приводит к следующему.
а. Поскольку тучные клетки с фиксированными на их поверхности IgE расположены во всех тканях, любой контакт с антигеном может привести к общей активации тучных клеток и анафилактической реакции.
б. Связывание IgE с тучными клетками способствует увеличению скорости синтеза этого иммуноглобулина. За 2—3 сут он обновляется на 70—90%.
в. Поскольку IgE не проникает через плаценту, пассивный перенос плоду сенсибилизации невозможен. Другое важное свойство IgE состоит в том, что в комплексе с антигеном он активирует комплемент по альтернативному пути (см. гл. 1, п. IV.Г.2) с образованием факторов хемотаксиса, например анафилатоксинов C3a, C4a и C5a.
В. Тучные клетки
1. Тучные клетки присутствуют во всех органах и тканях, особенно много их в рыхлой соединительной ткани, окружающей сосуды. IgE связываются с рецепторами тучных клеток к Fc-фрагменту эпсилон-цепей. На поверхности тучной клетки одновременно присутствуют IgE, направленные против разных антигенов. На одной тучной клетке может находиться от 5000 до 500 000 молекул IgE. Тучные клетки больных аллергией несут больше молекул IgE, чем тучные клетки здоровых. Количество молекул IgE, связанных с тучными клетками, зависит от уровня IgE в крови. Однако способность тучных клеток к активации не зависит от количества связанных с их поверхностью молекул IgE.
2. Способность тучных клеток высвобождать гистамин под действием антигенов у разных людей выражена неодинаково, причины этого различия неизвестны. Высвобождение гистамина и других медиаторов воспаления тучными клетками можно предотвратить с помощью десенсибилизации и медикаментозного лечения (см. гл. 4, пп. VI—XXIII).
3. При аллергических реакциях немедленного типа из активированных тучных клеток высвобождаются медиаторы воспаления. Одни из этих медиаторов содержатся в гранулах, другие синтезируются при активации клеток. В аллергических реакциях немедленного типа участвуют и цитокины (см. табл. 2.1 и рис. 1.6). Медиаторы тучных клеток действуют на сосуды и гладкие мышцы, проявляют хемотаксическую и ферментативную активность. Помимо медиаторов воспаления в тучных клетках образуются радикалы кислорода, которые также играют роль в патогенезе аллергических реакций.
4. Механизмы высвобождения медиаторов. Активаторы тучных клеток подразделяются на IgE-зависимые (антигены) и IgE-независимые. К IgE-независимым активаторам тучных клеток относятся миорелаксанты, опиоиды, рентгеноконтрастные средства, анафилатоксины (C3a, C4a, C5a), нейропептиды (например, субстанция P), АТФ, интерлейкины-1, -3. Тучные клетки могут активироваться и под действием физических факторов: холода (холодовая крапивница), механического раздражения (уртикарный дермографизм), солнечного света (солнечная крапивница), тепла и физической нагрузки (холинергическая крапивница). При IgE-зависимой активации антиген должен соединиться по крайней мере с двумя молекулами IgE на поверхности тучной клетки (см. рис. 2.1), поэтому антигены, несущие один участок связывания с антителом, не активируют тучные клетки. Образование комплекса между антигеном и несколькими молекулами IgE на поверхности тучной клетки активирует ферменты, связанные с мембраной, в том числе фосфолипазу C, метилтрансферазы и аденилатциклазу (см. рис. 2.2). Фосфолипаза C катализирует гидролиз фосфатидилинозитол-4,5-дифосфата с образованием инозитол-1,4,5-трифосфата и 1,2-диацилглицерина. Инозитол-1,4,5-трифосфат вызывает накопление кальция внутри клеток, а 1,2-диацилглицерин в присутствии ионов кальция активирует протеинкиназу C. Кроме того, ионы кальция активируют фосфолипазу A2, под действием которой из фосфатидилхолина образуются арахидоновая кислота и лизофосфатидилхолин. При повышении концентрации 1,2-диацилглицерина активируется липопротеидлипаза, которая расщепляет 1,2-диацилглицерин с образованием моноацилглицерина и лизофосфатидиловой кислоты. Моноацилглицерин, 1,2-диацилглицерин, лизофосфатидилхолин и лизофосфатидиловая кислота способствуют слиянию гранул тучной клетки с цитоплазматической мембраной и последующей дегрануляции. К веществам, угнетающим дегрануляцию тучных клеток, относятся цАМФ, ЭДТА, колхицин и кромолин. Альфа-адреностимуляторы и цГМФ, напротив, усиливают дегрануляцию. Кортикостероиды угнетают дегрануляцию крысиных и мышиных тучных клеток и базофилов, а на тучные клетки легких человека не влияют. Механизмы торможения дегрануляции под действием кортикостероидов и кромолина окончательно не изучены. Показано, что действие кромолина не опосредовано цАМФ и цГМФ, а действие кортикостероидов, возможно, обусловлено повышением чувствительности тучных клеток к бета-адреностимуляторам.
Г. Роль медиаторов воспаления в развитии аллергических реакций немедленного типа. Изучение механизмов действия медиаторов воспаления способствовало более глубокому пониманию патогенеза аллергических и воспалительных заболеваний и разработке новых способов их лечения. Как уже отмечалось, медиаторы, высвобождаемые тучными клетками, делятся на две группы: медиаторы гранул и медиаторы, синтезируемые при активации тучных клеток (см. табл. 2.1).
1. Медиаторы гранул тучных клеток
а. Гистамин. Гистамин образуется при декарбоксилировании гистидина. Особенно велико содержание гистамина в клетках слизистой желудка, тромбоцитах, тучных клетках и базофилах. Пик действия гистамина наблюдается через 1—2 мин после его высвобождения, продолжительность действия — до 10 мин. Гистамин быстро инактивируется в результате дезаминирования гистаминазой и метилирования N-метилтрансферазой. Уровень гистамина в сыворотке зависит главным образом от его содержания в базофилах и не имеет диагностического значения. По уровню гистамина в сыворотке можно судить лишь о том, какое количество гистамина выделилось непосредственно перед забором крови. Действие гистамина опосредовано H1- и H2-рецепторами. Стимуляция H1-рецепторов вызывает сокращение гладких мышц бронхов и ЖКТ, повышение проницаемости сосудов, усиление секреторной активности желез слизистой носа, расширение сосудов кожи и зуд, а стимуляция Н2-рецепторов — усиление секреции желудочного сока и повышение его кислотности, сокращение гладких мышц пищевода, повышение проницаемости и расширение сосудов, образование слизи в дыхательных путях и зуд. Предотвратить реакцию на п/к введение гистамина можно только при одновременном применении H1- и H2-блокаторов, блокада рецепторов только одного типа неэффективна. Гистамин играет важную роль в регуляции иммунного ответа, поскольку H2-рецепторы присутствуют на цитотоксических T-лимфоцитах и базофилах. Связываясь с H2-рецепторами базофилов, гистамин тормозит дегрануляцию этих клеток. Действуя на разные органы и ткани, гистамин вызывает следующие эффекты.
1) Сокращение гладких мышц бронхов. Под действием гистамина расширяются сосуды легких и увеличивается их проницаемость, что приводит к отеку слизистой и еще большему сужению просвета бронхов.
2) Расширение мелких и сужение крупных сосудов. Гистамин повышает проницаемость капилляров и венул, поэтому при внутрикожном введении в месте инъекции возникают гиперемия и волдырь. Если сосудистые изменения носят системный характер, возможны артериальная гипотония, крапивница и отек Квинке. Наиболее выраженные изменения (гиперемия, отек и секреция слизи) гистамин вызывает в слизистой носа.
3) Стимуляция секреторной активности желез слизистой желудка и дыхательных путей.
4) Стимуляция гладких мышц кишечника. Это проявляется поносом и часто наблюдается при анафилактических реакциях и системном мастоцитозе.
б. Ферменты. С помощью гистохимических методов показано, что тучные клетки слизистых и легких различаются протеазами, содержащимися в гранулах. В гранулах тучных клеток кожи и собственной пластинки слизистой кишечника содержится химаза, а в гранулах тучных клеток легких — триптаза. Высвобождение протеаз из гранул тучных клеток вызывает: 1) повреждение базальной мембраны сосудов и выход клеток крови в ткани; 2) повышение проницаемости сосудов; 3) разрушение обломков клеток; 4) активацию факторов роста, участвующих в заживлении ран. Триптаза довольно долго сохраняется в крови. Ее можно обнаружить в сыворотке больных системным мастоцитозом и больных, перенесших анафилактическую реакцию. Определение активности триптазы в сыворотке используется в диагностике анафилактических реакций. При дегрануляции тучных клеток высвобождаются и другие ферменты — арилсульфатаза, калликреин, супероксиддисмутаза и экзоглюкозидазы.
в. Протеогликаны. Гранулы тучных клеток содержат гепарин и хондроитинсульфаты — протеогликаны с сильным отрицательным зарядом. Они связывают положительно заряженные молекулы гистамина и нейтральных протеаз, ограничивая их диффузию и инактивацию после высвобождения из гранул.
г. Факторы хемотаксиса. Дегрануляция тучных клеток приводит к высвобождению факторов хемотаксиса, которые вызывают направленную миграцию клеток воспаления — эозинофилов, нейтрофилов, макрофагов и лимфоцитов. Миграцию эозинофилов вызывают анафилактический фактор хемотаксиса эозинофилов и фактор активации тромбоцитов (см. гл. 2, п. I.Г.2.б) — самый мощный из известных факторов хемотаксиса эозинофилов. У больных атопическими заболеваниями контакт с аллергенами приводит к появлению в сыворотке анафилактического фактора хемотаксиса нейтрофилов (молекулярная масса около 600). Предполагается, что этот белок также вырабатывается тучными клетками. При аллергических реакциях немедленного типа из тучных клеток высвобождаются и другие медиаторы, вызывающие направленную миграцию нейтрофилов, например высокомолекулярный фактор хемотаксиса нейтрофилов и лейкотриен B4. Привлеченные в очаг воспаления нейтрофилы вырабатывают свободные радикалы кислорода, которые вызывают повреждение тканей.
2. Медиаторы, синтезируемые при активации тучных клеток
а. Метаболизм арахидоновой кислоты. Арахидоновая кислота образуется из липидов мембраны под действием фосфолипазы A2 (см. рис. 2.3). Существует два основных пути метаболизма арахидоновой кислоты — циклоксигеназный и липоксигеназный. Циклоксигеназный путь приводит к образованию простагландинов и тромбоксана A2, липоксигеназный — к образованию лейкотриенов. В тучных клетках легких синтезируются как простагландины, так и лейкотриены, в базофилах — только лейкотриены. Основной фермент липоксигеназного пути метаболизма арахидоновой кислоты в базофилах и тучных клетках — 5-липоксигеназа, 12- и 15-липоксигеназа играют меньшую роль. Однако образующиеся в незначительном количестве 12- и 15-гидропероксиэйкозотетраеновые кислоты играют важную роль в воспалении. Биологические эффекты метаболитов арахидоновой кислоты перечислены в табл. 2.2.
1) Простагландины. Первым среди играющих роль в аллергических реакциях немедленного типа и воспалении продуктов окисления арахидоновой кислоты по циклоксигеназному пути появляется простагландин D2. Он образуется в основном в тучных клетках, в базофилах не синтезируется. Появление простагландина D2 в сыворотке свидетельствует о дегрануляции и развитии ранней фазы аллергической реакции немедленного типа. Внутрикожное введение простагландина D2 вызывает расширение сосудов и повышение их проницаемости, что приводит к стойкой гиперемии и образованию волдыря, а также к выходу лейкоцитов, лимфоцитов и моноцитов из сосудистого русла. Ингаляция простагландина D2 вызывает бронхоспазм, что свидетельствует о важной роли этого метаболита арахидоновой кислоты в патогенезе анафилактических реакций и системного мастоцитоза. Синтез остальных продуктов циклоксигеназного пути — простагландинов F2альфа, Е2, I2 и тромбоксана A2 — осуществляется ферментами, специфичными для разных типов клеток (см. рис. 2.3).
2) Лейкотриены. Синтез лейкотриенов тучными клетками человека в основном происходит при аллергических реакциях немедленного типа и начинается после связывания антигена с IgE, фиксированными на поверхности этих клеток. Синтез лейкотриенов осуществляется следующим образом: свободная арахидоновая кислота под действием 5-липоксигеназы превращается в лейкотриен A4, из которого затем образуется лейкотриен B4. При конъюгации лейкотриена B4 с глутатионом образуется лейкотриен C4. В дальнейшем лейкотриен C4 превращается в лейкотриен D4, из которого, в свою очередь, образуется лейкотриен E4 (см. рис. 2.3). Лейкотриен B4 — первый стабильный продукт липоксигеназного пути метаболизма арахидоновой кислоты. Он вырабатывается тучными клетками, базофилами, нейтрофилами, лимфоцитами и моноцитами. Это основной фактор активации и хемотаксиса лейкоцитов в аллергических реакциях немедленного типа. Лейкотриены C4, D4 и E4 раньше объединяли под названием «медленно реагирующая субстанция анафилаксии», поскольку их высвобождение приводит к медленно нарастающему стойкому сокращению гладких мышц бронхов и ЖКТ. Ингаляция лейкотриенов C4, D4 и E4, как и вдыхание гистамина, приводит к бронхоспазму. Однако лейкотриены вызывают этот эффект в 1000 раз меньшей концентрации. В отличие от гистамина, который действует преимущественно на мелкие бронхи, лейкотриены действуют и на крупные бронхи. Лейкотриены C4, D4 и E4 стимулируют сокращение гладких мышц бронхов, секрецию слизи и повышают проницаемость сосудов. У больных атопическими заболеваниями эти лейкотриены можно обнаружить в слизистой носа. Разработаны и с успехом применяются для лечения бронхиальной астмы блокаторы лейкотриеновых рецепторов — монтелукаст и зафирлукаст.
б. Фактор активации тромбоцитов синтезируется в тучных клетках, нейтрофилах, моноцитах, макрофагах, эозинофилах и тромбоцитах. Базофилы этот фактор не вырабатывают. Фактор активации тромбоцитов — мощный стимулятор агрегации тромбоцитов. Внутрикожное введение этого вещества приводит к появлению эритемы и волдыря (гистамин вызывает такой же эффект в 1000 раз большей концентрации), эозинофильной и нейтрофильной инфильтрации кожи. Ингаляция фактора активации тромбоцитов вызывает сильный бронхоспазм, эозинофильную инфильтрацию слизистой дыхательных путей и повышение реактивности бронхов, которая может сохраняться в течение нескольких недель после однократной ингаляции. Из дерева гинкго выделен ряд алкалоидов — природных ингибиторов фактора активации тромбоцитов. В настоящее время на их основе разрабатываются новые лекарственные средства. Роль фактора активации тромбоцитов в патогенезе аллергических реакций немедленного типа заключается также в том, что он стимулирует агрегацию тромбоцитов с последующей активацией фактора XII (фактора Хагемана). Активированный фактор XII, в свою очередь, стимулирует образование кининов, наибольшее значение из которых имеет брадикинин (см. гл. 2, п. I.Г.3.б).
3. Другие медиаторы воспаления
а. Аденозин высвобождается при дегрануляции тучных клеток. У больных экзогенной бронхиальной астмой после контакта с аллергеном уровень аденозина в сыворотке повышается. Описаны три типа аденозиновых рецепторов. Связывание аденозина с этими рецепторами приводит к повышению уровня цАМФ. Эти рецепторы можно блокировать с помощью производных метилксантина.
б. Брадикинин, компонент калликреин-кининовой системы, тучными клетками не вырабатывается. Эффекты брадикинина многообразны: он расширяет сосуды и повышает их проницаемость, вызывает длительный бронхоспазм, раздражает болевые рецепторы, стимулирует образование слизи в дыхательных путях и ЖКТ.
в. Серотонин также относится к медиаторам воспаления. Роль серотонина в аллергических реакциях немедленного типа незначительна. Серотонин высвобождается из тромбоцитов при их агрегации и вызывает непродолжительный бронхоспазм.
г. Комплемент также играет важную роль в патогенезе аллергических реакций немедленного типа. Активация комплемента возможна как по альтернативному — комплексами IgE с антигеном, — так и по классическому пути — плазмином (он, в свою очередь, активируется фактором XII). В обоих случаях в результате активации комплемента образуются анафилатоксины — C3a, C4a и C5a.
Диагностика заболеваний, обусловленных аллергическими реакциями немедленного типа
А. Аллергологический анамнез (см. табл. 2.3). Подробный анамнез — основной источник сведений, необходимых для диагностики и лечения атопических заболеваний. Для получения максимально полной и объективной информации при сборе анамнеза необходимо придерживаться общепринятых правил. Общие принципы обследования больных с аллергическими и неаллергическими заболеваниями сходны. Однако при обследовании больных с аллергическими заболеваниями особое внимание следует уделить следующему.
1. Когда появляются симптомы: время суток, день недели (в любой день или только в будние дни), время года? Как долго они сохраняются?
2. Где появляются симптомы: дома, на работе, на отдыхе?
3. Не отмечаются ли аллергические реакции на домашнюю пыль, скошенную траву и другие аллергены?
4. Связано ли появление симптомов с курением, уровнем физической активности и родом занятий (например, работой с красками), действием физических факторов: холода, тепла, пониженной или повышенной влажности?
5. Эффективны ли устранение контакта с аллергеном и неблагоприятными факторами окружающей среды, лекарственные средства, десенсибилизация?
6. Не страдают ли атопическими заболеваниями члены семьи?
7. Выясняют, насколько тяжело больной переносит обострение. Именно от этой оценки во многом зависят объем обследования и тактика лечения.
8. Исключают влияние беременности и сопутствующих заболеваний, например гипотиреоза, поскольку они могут изменить или имитировать клиническую картину атопического заболевания.
Б. Физикальное исследование должно быть всесторонним. Особенно внимательно исследуют те органы и системы, которые чаще всего поражаются при атопических заболеваниях: кожу, глаза, органы дыхания. Физикальное исследование при разных атопических заболеваниях подробно описано в следующих главах. Ниже приведены лишь основные принципы.
1. Чтобы не пропустить поражение кожи, необходимо исследовать весь кожный покров. Больной может не упомянуть о кожных проявлениях, считая их несущественными, не имеющими отношения к заболеванию или стесняясь их.
2. При осмотре глаз можно выявить гиперемию и отек конъюнктивы, слезоточивость и отделяемое из глаз. Распространенное осложнение атопических заболеваний и лечения кортикостероидами — катаракта. Ее часто выявляют при офтальмоскопии.
3. Поскольку атопические заболевания часто осложняются средним отитом и синуситами, проводят перкуссию придаточных пазух носа и отоскопию.
4. Обязательно осматривают нос и проводят риноскопию.
а. При осмотре часто, особенно у детей, обнаруживается поперечная складка над кончиком носа. Она образуется из-за постоянного потирания носа снизу вверх.
б. Риноскопию следует проводить при хорошем освещении и под правильным углом. Для этого используются лобный рефлектор и носовое зеркало. Осмотр носовых ходов можно провести с помощью ушной воронки большого диаметра. Гибкий назофарингоскоп позволяет тщательно изучить полость носа, а также глотку и гортань. Осмотр проводят осторожно, чтобы не повредить слизистые. При сильном отеке слизистой используют сосудосуживающие средства для местного применения. При осмотре полости носа обращают внимание на следующие признаки.
1) Состояние слизистой носовых раковин и носовой перегородки.
2) Количество и характер отделяемого.
3) Полипы и инородные тела.
4) Проходимость носовых ходов (больного просят глубоко вдохнуть через одну ноздрю, затем — через другую).
5. Рот и ротоглотку осматривают с помощью шпателя при ярком освещении. Поскольку слизистая ротоглотки — продолжение слизистой носа, заднебоковые поверхности глотки и язычок при аллергическом рините обычно гиперемированы и отечны. У больных с атопическими заболеваниями, возникшими в детском возрасте, иногда отмечаются нарушения развития лицевого черепа: удлиненная верхняя челюсть, недоразвитый подбородок, готическое небо, неправильный прикус.
6. Исследование грудной клетки включает осмотр, пальпацию, перкуссию и аускультацию. При бронхиальной астме в межприступный период изменения обычно отсутствуют. Во время приступа грудная клетка расширяется, в дыхании участвуют вспомогательные мышцы, хрипы нередко слышны на расстоянии. Бочкообразная грудная клетка характерна для тяжелой бронхиальной астмы, она встречается также при хроническом бронхите, экзогенном аллергическом альвеолите и других заболеваниях легких. Симптом барабанных палочек для бронхиальной астмы не характерен и чаще встречается при других заболеваниях легких, например при бронхоэктазах.
В. Лабораторные исследования. Для диагностики атопических заболеваний одних только лабораторных исследований недостаточно. С их помощью можно лишь подтвердить или опровергнуть диагноз, основанный на данных анамнеза и физикального исследования, а также оценить эффективность лечения и следить за состоянием больного.
1. Общий анализ крови. Число лейкоцитов при атопических заболеваниях обычно нормальное. Исключение составляют те случаи, когда атопическое заболевание сопровождается выбросом катехоламинов или инфекцией. Повышение числа эозинофилов до 5—15% не патогномонично для атопических заболеваний, но позволяет предположить этот диагноз. Кортикостероиды, применяющиеся при атопических заболеваниях, снижают число эозинофилов в крови.
а. Умеренная эозинофилия (15—40% от общего числа лейкоцитов) встречается не только при атопических заболеваниях, но и при злокачественных новообразованиях, например при лимфогранулематозе, иммунодефицитах, врожденных пороках сердца, циррозе печени, узелковом периартериите, герпетиформном дерматите, а также во время лучевой терапии, при применении некоторых лекарственных средств и перитонеальном диализе.
б. Выраженная эозинофилия (50—90% от общего числа лейкоцитов) обычно наблюдается при гельминтозах, например при синдроме larva migrans.
в. Абсолютное число эозинофилов можно рассчитать, определив число лейкоцитов и лейкоцитарную формулу. Существуют и другие методы определения содержания эозинофилов в крови (см. приложение III). По мнению большинства авторов, этот показатель не имеет практического значения, хотя некоторые считают, что по нему можно оценивать эффективность лечения бронхиальной астмы. В норме число эозинофилов у новорожденных составляет 20—850 мкл–1, у детей 1—3 лет — 50—700 мкл–1, у взрослых — 0—450 мкл–1.
2. Эозинофилы в мазках. При обострении атопических заболеваний в мазках мокроты, отделяемого из носа или глаз среди клеток преобладают эозинофилы, при сопутствующей инфекции — нейтрофилы. Отделяемое из глаз собирают ватным тампоном. Чтобы получить отделяемое из носа, больного просят высморкаться в вощаную бумагу. У детей младшего возраста отделяемое из носа получают с помощью резиновой груши, шприца с катетером или тонкой палочки, обмотанной ватой. Для получения мокроты больного просят откашляться. Эозинофилы лучше всего видны в мазках, окрашенных по Ханселу или Райту (см. приложение II). Для выявления бактерий и грибов делают специальные мазки и проводят посевы.
3. Общий уровень IgE в сыворотке. Повышение общего уровня IgE в сыворотке подтверждает диагноз атопического заболевания, хотя нормальный уровень IgE не исключает его. РИА, радиоиммуносорбентный тест и твердофазный ИФА (см. гл. 20, пп. I.Д—Е и VII.Б) позволяют определять даже низкие концентрации IgE (менее 50 МЕ/мл). Для оценки результатов лабораторных исследований необходимо знать метод определения уровня IgE и нормальные показатели, принятые в данной лаборатории. Примерно у 70% взрослых больных с экзогенной бронхиальной астмой и аллергическим ринитом уровень IgE превышает норму на два стандартных отклонения. Более 95% детей с высоким уровнем IgE страдают атопическими заболеваниями. Особенно высоким (более 1000 МЕ/мл) бывает уровень IgE при диффузном нейродермите и атопических заболеваниях органов дыхания.
а. Показания для определения общего уровня IgE в сыворотке.
1) Дифференциальная диагностика экзогенной бронхиальной астмы и аллергического ринита, особенно у детей младшего возраста.
2) Дифференциальная диагностика атопических заболеваний кожи, особенно у детей.
3) Оценка риска аллергических заболеваний легких у детей с бронхиолитом.
4) Диагностика и оценка эффективности лечения аллергического бронхолегочного аспергиллеза.
5) Диагностика иммунодефицитов.
6) Диагностика лекарственной аллергии.
7) Диагностика миеломной болезни.
При выявлении высокого уровня IgE прежде всего исключают гельминтозы. Болезни, сопровождающиеся повышением уровня IgE, перечислены в табл. 2.4.
4. Кожные пробы — это простой и достоверный метод выявления специфических IgE. Выделяют накожные — пунктационную и скарификационную — и внутрикожные пробы. Положительные результаты кожных проб (эритема и волдырь в месте введения аллергена) имеют диагностическое значение только в сочетании с данными анамнеза, физикального и лабораторных исследований.
а. Показания и выбор аллергенов. Основное показание для проведения кожных проб — выявление аллергенов, контакт с которыми вызывает заболевание. При выборе аллергенов для проведения проб следует учитывать вероятность контакта с ними в данной местности (следует отметить, что пыльца, вызывающая аллергию, специфична для определенных местностей, а микроклещи, плесневые грибы и эпидермис животных повсюду одинаковы, гл. 3 и приложение VI). В США диагностические и лечебные препараты аллергенов выпускаются в виде концентрированных или разбавленных экстрактов. Существуют диагностические препараты аллергенов для накожных и внутрикожных проб. Срок годности концентрированных экстрактов аллергенов составляет 2—3 года. Он зависит от концентрации препаратов и температуры их хранения. При температуре хранения 2—8°C экстракты, разведенные в соотношении 1:100, сохраняют свои свойства до 1 года, а менее концентрированные (1:1000) теряют активность уже через несколько недель или месяцев. В связи с этим препараты аллергенов, особенно разведенные, необходимо регулярно обновлять. Препараты, которые дозируются в АЕ, а также яды жалящих насекомых и другие аллергены, которые дозируются в микрограммах, лучше всего сохраняются в лиофилизированном виде.
б. Меры предосторожности
1) Нельзя проводить кожные пробы во время бронхоспазма.
2) Перед внутрикожной пробой следует провести накожную, поскольку с помощью накожной пробы можно выявить сенсибилизацию при минимальном риске системной реакции.
3) Поскольку при проведении кожных проб возможен анафилактический шок, под рукой всегда должны находиться средства неотложной помощи (см. гл. 11, п. V).
4) Кожные пробы может проводить опытная медицинская сестра или лаборант, но обязательно в присутствии врача.
5) Накожные пробы лучше всего проводить на спине, поскольку здесь одновременно можно поставить пробы с несколькими аллергенами.
в. Техника проведения
1) Пунктационные пробы
а) Кожу очищают 70% изопропиловым или этиловым спиртом. Чтобы волдыри не сливались, расстояние между соседними проколами должно быть не менее 2 см. Намечают места проколов, каждое пятое нумеруют (это облегчает учет результатов). На каждую намеченную точку наносят по капле экстракта аллергена в разведении 1:10, 1:20 или неразведенный стандартизированный препарат и прокалывают кожу. Приспособления для прокалывания кожи должны быть удобными, недорогими, одноразовыми, а также обеспечивать стандартную глубину прокола. Обычно используются стерильные иглы 26 G, стерильные швейные иглы, стерильные иглы Морроу Браун и пластиковые иглы Дермапик. Иглу проводят через каплю экстракта аллергена под углом 45° и прокалывают кожу так, чтобы не выступила кровь. Вынимая иглу, слегка приподнимают кожу. Иглу нельзя использовать повторно, ее сразу выбрасывают в специальный контейнер. У игл Морроу Браун и подобных им приспособлений длина острия составляет 1 мм, что обеспечивает стандартную глубину прокола. Иглы Дермапик содержат аллерген на своем острие. Через 15—20 мин после прокола проверяют, не появились ли эритема и волдырь. Измерив наименьший и наибольший диаметры волдыря, вычисляют среднее значение в миллиметрах. Если волдырь более 10 мм в диаметре появился менее чем через 15 мин после прокола, тщательно удаляют аллерген с кожи.
б) Реакцию на неспецифическое раздражение оценивают по отрицательной контрольной пробе с растворителем. Обычно это физиологический раствор с фосфатным буфером (pH 7,4) с добавлением 0,4% фенола (для подавления роста бактерий).
в) Кожные пробы у больных с уртикарным дермографизмом считаются положительными, если реакция на аллерген более выражена, чем реакция на растворитель.
г) Положительную контрольную пробу ставят с 0,1% раствором гистамина. Участок для проведения контрольной пробы должен быть удален от места проведения остальных проб. Положительная контрольная проба (оценивается как «+++») используется для оценки результатов проб с аллергенами, а также позволяет выявить сниженную реактивность кожи, которая наблюдается у детей, стариков и больных, принимающих H1-блокаторы.
д) Мультитестовый аппликатор — одноразовое приспособление для пунктационных проб, которое позволяет одновременно вводить разные аллергены. Результаты, полученные с помощью этого приспособления, совпадают с результатами внутрикожных проб, РАСТ и данными анамнеза. Основное достоинство аппликатора заключается в том, что он позволяет максимально стандартизировать условия проведения кожных проб (глубину прокола кожи, расстояние между проколами, дозу аллергена), основной недостаток — высокая стоимость.
2) Скарификационные пробы менее чувствительны, чем пунктационные, и занимают больше времени.
3) Внутрикожные пробы проводятся при сомнительных результатах пунктационных проб. Для развития положительной реакции при внутрикожных пробах требуется более низкая доза аллергена. Аллерген, вызвавший положительную пунктационную пробу, при внутрикожном введении может привести к выраженной местной и даже к системной реакции. Если положительны менее пяти пунктационных проб, внутрикожные пробы можно проводить сразу. Если положительных пунктационных проб больше, внутрикожные пробы проводят на следующий день. Во избежание системной реакции внутрикожные пробы с перекрестнореагирующими аллергенами, особенно с растительными экстрактами, проводятся в разные дни. Подбор аллергенов с учетом климатогеографических условий и данных анамнеза позволяет свести число проб к минимуму. Внутрикожные пробы с пищевыми аллергенами не проводятся.
а) Для внутрикожных проб используют экстракты аллергенов в разведении 1:100. В качестве положительного контроля используется 0,01% раствор гистамина, реакция на который оценивается как «+++», в качестве отрицательного контроля — растворитель. Расстояние между участками введения аллергенов и контрольными пробами должно быть больше, чем при проведении пунктационных проб.
б) Для внутрикожных проб используют верхнюю треть внутренней поверхности предплечья или наружную поверхность плеча. У детей 2—5 лет аллергены удобнее вводить в кожу спины.
в) Кожу очищают спиртом и намечают места инъекций, расстояние между которыми должно быть не менее 2,5 см.
г) В одноразовый стерильный туберкулиновый шприц набирают 0,1 мл экстракта аллергена. Поскольку появление волдыря при внутрикожном введении воздуха можно принять за положительную реакцию, необходимо полностью удалить пузырьки воздуха из шприца.
д) Кожу растягивают и вводят иглу под углом 45° срезом вниз. Срез иглы должен полностью погрузиться в кожу.
е) После введения примерно 0,02 мл раствора должна образоваться папула диаметром 1—3 мм. Если раствор попадает под кожу или вытекает наружу, папула отсутствует. В этом случае аллерген вводят повторно в другое место.
ж) Реакцию оценивают через 15—30 мин. Существуют два способа оценки результатов. По одному из них измеряют максимальный и минимальный диаметры эритемы и волдыря, а затем рассчитывают среднее значение, как при оценке результатов накожных проб, по другому — измеряют лишь максимальный диаметр. Чтобы границы волдыря были видны четче, кожу вокруг него сдавливают двумя пальцами. При оценке результатов обращают внимание на форму волдыря. Если границы волдыря неровные, это отмечают в протоколе исследования.
з) Некоторые авторы предпочитают сначала вводить более разбавленные растворы аллергенов, например 1:100 000, а затем — растворы, концентрация которых последовательно увеличивается в 10 раз. Для каждого аллергена принята максимально допустимая доза, в отсутствие реакции при ее достижении проба считается отрицательной.
г. Оценка результатов
1) Для оценки результатов кожных проб всегда используют один и тот же метод, наиболее привычный для проводящего исследование. Способ оценки указывают в протоколе исследования (см. табл. 2.5).
2) Нарушение техники проведения кожных проб, использование препаратов аллергенов с истекшим сроком годности, проведение проб на фоне лечения препаратами, снижающими кожную чувствительность, приводят к ложноотрицательным результатам. Прием большинства H1-блокаторов прекращают за 48 ч, гидроксизина, терфенадина, лоратадина и трициклических антидепрессантов — за 96 ч, а астемизола — за 4 нед до исследования. Теофиллин, адреностимуляторы (ингаляционные и для приема внутрь), кромолин и кортикостероиды не влияют на кожную чувствительность. В редких случаях слизистая носа или бронхи реагируют на аллерген, а кожные пробы с ним отрицательны. В этих случаях проводят РАСТ (см. гл. 20, п. VII.Б) или провокационные пробы (см. гл. 2, п. II.В.5).
3) Введение неправильно приготовленных растворов аллергенов (неправильный подбор осмоляльности и pH, присутствие раздражающих веществ), нарушение техники проведения кожных проб, например внутрикожное введение более 0,02 мл раствора аллергена, уртикарный дермографизм, введение веществ, вызывающих выброс гистамина (например, экстрактов пищевых аллергенов), приводит к ложноположительным результатам.
4) Результаты кожных проб обязательно сопоставляют с данными анамнеза, физикального и лабораторных исследований. При оценке кожных проб необходимо учитывать следующее.
а) Кожные пробы позволяют достаточно точно определить причину аллергического риноконъюнктивита, но не информативны при экзогенной бронхиальной астме. При положительных кожных пробах провокационные пробы с тем же аллергеном у больных бронхиальной астмой часто отрицательны.
б) При проведении массовых исследований, особенно у детей младшего возраста, с успехом применяются смеси аллергенов. Поскольку при смешивании растворов аллергенов их концентрация снижается, кожные пробы со смесями аллергенов часто бывают отрицательными. В связи с этим, если данные анамнеза и клиническая картина указывают на аллергию, а кожные пробы со смесями аллергенов отрицательны, для проведения проб используют чистые аллергены.
в) Если пищевая аллергия проявляется крапивницей, отеком Квинке или анафилактическим шоком, кожные пробы с пищевыми аллергенами обычно положительны. Однако их диагностическая значимость невелика, поскольку наряду с истинно положительными кожными пробами на пищевые аллергены часто наблюдаются ложноположительные. Отрицательные же кожные пробы имеют большее диагностическое значение, поскольку с точностью указывают на отсутствие аллергии к определенным пищевым аллергенам. Если при пищевой аллергии результаты кожных проб положительны, для подтверждения диагноза проводят провокационные пищевые пробы двойным слепым методом с использованием плацебо в качестве контроля. Если пищевая аллергия сопровождается анафилактическими реакциями, эти пробы противопоказаны.
г) Кожные пробы малоинформативны при диффузном нейродермите. Большую диагностическую значимость при этом заболевании имеют провокационные пробы — ингаляционные, аппликационные и пищевые. Провокационные пищевые пробы положительны примерно у 30% детей с диффузным нейродермитом.
д) Ценность кожных проб невелика и при лекарственной аллергии, поскольку обычно аллергию вызывает не сам препарат, а его метаболиты, определить которые невозможно. Кожные пробы проводятся только с белковыми аллергенами, например с инсулином, сыворотками, и пенициллинами (см. гл. 13, пп. III.Б.1 и VI.А).
5. Провокационные пробы — метод выявления сенсибилизации, основанный на введении аллергена в орган-мишень.
а. Основное преимущество провокационных проб перед кожными заключается в большей достоверности их результатов. Так, при положительной кожной пробе провокационная проба с тем же аллергеном часто бывает отрицательной, однако если провокационная проба положительна, кожная проба, как правило, также бывает положительной.
б. Основные недостатки провокационных проб заключаются в следующем: 1) за одно посещение можно провести пробу только с одним аллергеном; 2) результаты исследования с трудом поддаются количественной оценке, особенно при аллергическом рините или конъюнктивите; 3) плохо поддаются стандартизации; 4) сопряжены с высоким риском тяжелых аллергических реакций, например бронхоспазма, в связи с этим их должен проводить только опытный врач. Провокационные пробы противопоказаны, если в анамнезе есть указания на немедленное развитие крапивницы, отека Квинке, бронхоспазма или анафилактического шока при контакте с данным аллергеном.
в. Провокационные пробы часто проводят при пищевой аллергии, поскольку кожные пробы в этом случае малоинформативны (см. гл. 14, п. IV.В.9).
6. Реакция Прауснитца—Кюстнера (внутрикожное введение сыворотки больного с аллергией здоровому с последующим внутрикожным введением аллергена) в настоящее время не ставится, поскольку введение человеческой сыворотки сопряжено с высоким риском передачи целого ряда инфекций. В прошлом реакция Прауснитца—Кюстнера применялась для диагностики заболеваний, обусловленных аллергическими реакциями немедленного типа, у больных с уртикарным дермографизмом и генерализованным поражении кожи. Сейчас в этих случаях определяют уровень IgE в сыворотке.
7. Методы определения специфических IgE описаны в гл. 20, п. VII.Б.
8. Исследование функции внешнего дыхания применяется для дифференциальной диагностики аллергических и неаллергических заболеваний легких, оценки реактивности бронхов, тяжести этих заболеваний и эффективности их лечения.
а. В начале лечения проводят спирометрию и пневмотахометрию. Легочные объемы и показатели воздушного потока определяют до и после ингаляции бронходилататоров. Затем обычно определяют только пиковую объемную скорость и ОФВ1. Для выявления нарушений газообмена проводят исследование газов артериальной крови. При тяжелой бронхиальной астме это исследование проводят регулярно (см. гл. 7, п. II.В.9).
б. Исследование воздушного потока, проходящего через нос, технически сложно и применяется редко.
9. Рентгенологическое исследование
а. Рентгенографию грудной клетки при первичном обследовании проводят всем больным с аллергическими заболеваниями легких. При бронхиальной астме в межприступный период рентгенограмма грудной клетки обычно нормальная, лишь при длительном течении заболевания выявляются усиление легочного рисунка и повышение прозрачности легочных полей. Рентгенография грудной клетки позволяет исключить пневмонию, ателектаз и пневмоторакс, которые могут осложнять тяжелый приступ бронхиальной астмы.
б. Для выявления бронхоэктазов раньше широко применяли рентгеновскую томографию и бронхографию. В настоящее время для этого все чаще используют КТ и МРТ.
в. Исследование придаточных пазух носа проводят при подозрении на острый или хронический синусит — частое осложнение аллергических заболеваний верхних дыхательных путей. Рентгенография придаточных пазух носа обычно малоинформативна, поэтому чаще используют КТ. В большинстве случаев КТ проводят только во фронтальной проекции. Это позволяет получить изображение всех придаточных пазух носа и обходится значительно дешевле, чем КТ в нескольких проекциях (см. гл. 5, п. VII.В.2).
10. Другие исследования
а. Результаты общего анализа мочи и биохимического исследования крови при атопических заболеваниях обычно в норме.
б. При крапивнице, эозинофилии и повышении уровня IgE неясного происхождения в первую очередь исключают гельминтозы и инфекции, вызванные простейшими. Для этого проводят анализ кала на простейших и яйца гельминтов. Если его результаты отрицательны, исследуют содержимое двенадцатиперстной кишки.
в. СОЭ при неосложненных атопических заболеваниях обычно не изменена. Повышенная СОЭ свидетельствует о неправильно поставленном диагнозе, наличии сопутствующих заболеваний или присоединении инфекции.
г. При подозрении на ХОЗЛ определяют уровень и фенотип альфа1-антитрипсина.
д. Аллергическими реакциями может сопровождаться изолированный дефицит IgA или IgG. Следует подчеркнуть, что такие симптомы, как свистящее дыхание, чихание, зуд в носу и глазах, для иммунодефицитов нехарактерны. При подозрении на иммунодефицит проводят функциональную оценку гуморального иммунитета — определяют концентрацию антител до и после введения белковых и полисахаридных антигенов, например столбнячного анатоксина и пневмококковой вакцины (см. гл. 18, пп. III.Ж и IV.А и гл. 20, п. III.А.1.в).
е. Атопические заболевания следует также дифференцировать с муковисцидозом. Раньше это заболевание наблюдалось почти исключительно у детей, в последнее время оно все чаще встречается у взрослых. К типичным проявлениям муковисцидоза относятся задержка развития, хронические инфекции дыхательных путей, синдром нарушенного всасывания, полипы носа. Диагностический признак муковисцидоза — повышение уровня хлора в поте.
III. Атопические заболевания. Понятия аллергические и атопические заболевания часто путают. В патогенезе аллергических заболеваний могут играть роль аллергические реакции любого типа, а в патогенезе атопических — только аллергические реакции немедленного типа. В США атопическими заболеваниями страдает 10—20% населения. Следует подчеркнуть, что контакт с аллергеном приводит к образованию IgE у всех людей, однако атопическое заболевание возникает лишь у немногих. Показано, что в патогенезе атопических заболеваний важную роль играет наследственная предрасположенность, в частности наследование некоторых генов HLA. Возможно, экспрессия этих генов сочетается с повышенной способностью B-лимфоцитов секретировать IgE при контакте с аллергенами. Тяжесть атопического заболевания зависит от дозы, пути введения и продолжительности контакта с аллергеном, применения целого ряда лекарственных средств и наличия сопутствующих заболеваний.