Z á k l a d y i m u n o l o g i e Mikrobiologie a imunologie – BSKM021p + c Týden 5 Ondřej Zahradníček Invaze inkoustových zásobníků 2 Základy imunologie lImunologie kdysi byla součástí mikrobiologie (a ta zase ještě dřív součástí patologie). Nyní je však již samostatným oborem. Existují samostatné imunologické laboratoře, nebo jsou součástí velkých klinických laboratoří lS imunologií úzce souvisí alergologie a v řadě případů se stává součástí imunologicko-alergologických oddělení a ústavů. Základní rozdělení mechanismů obranyschopnosti organismu Anatomické bariéry a funkční mechanismy Vlastní imunita Nespecifická buněčná Nespecifická látková Specifická buněčná Specifická látková Anatomické bariéry a funkční mechanismy lKůže – neporušenou kůží proniká jen málo mikrobů lSliznice – zranitelnější, ale zase má spoustu mechanismů, jak čelit infekci lFunkční mechanismy: pohyb řasinek, kýchání, kašlání, smrkání, zvracení, průjem, močení (vypuzení proudem moče) lProstředí nevyhovující mikrobům: nízké poševní pH, normální bakteriální mikroflóra, zvýšená teplota u viróz apod. l1 – vnější hradba (kůže) l2 – vnitřní opevnění (hematoencefalická bariéra) l3 – dubová brána (sliznice – slabší než hradby, ale pevná) l4 – stoka (teoreticky možnost vniknout dovnitř, ale proud odpadní vody brání vniknutí) l5 – obránci hradu (buněčná imunita) l6 – vylévání horké vody přes hradby (vylévání produktů toxických pro útočníka, humorální imunita) Imunitní hrad Hrad Imunštejn Nespecifická buněčná imunita lneutrofily – je jich nejvíc, krátká životnost, nedělí se, musí "uzrát" nové lmonocyty (v periferní krvi) / makrofágy – (ve tkáních) – dlouhá životnost, mohou se dělit leozinofily – zmnoženy u některých typů alergie a u infestací červy lbazofily (v krvi) / mastocyty (ve tkáních) – po aktivaci (kontaktu s cizorodým materiálem) uvolňují histamin a jiné látky lNK-buňky (z anglického natural killer) přímo, bez imunizace zabíjejí cizorodé nebo i vlastní, ale "zvrhlé" buňky (nádorové, nakažené) Různé typy bílých krvinek 08 leucocyte 09 lympho 10 NK%20cell http://dispourquoipapa.free.fr/imgfiches/ho0044/leucocyte.jpg http://svtboudier.free.fr/classede3eme/immunite/lympho.png www.lmbe.seu.edu.cn/.../chapt13/NK%20cell.htm Nespecifická humorální imunita 1 lHistamin a další látky uvolňované bazofily – rozvoj takzvaných atopických příznaků – rýma, astma, kopřivka lKomplement = 7–10 % sérových globulinů, hlavně z b-frakce; může být aktivován nespecificky (pomalu) nebo pomocí protilátek (rychle). Funkce: –chemotaxe – "přilákání" leukocytů do místa zánětu –opsonizace – "ochucení" baktérií, aby "chutnaly" leukocytům –podíl na ničení baktérií a jiných cizorodých faktorů Nespecifická humorální imunita 2 lInterleukiny – produkovány různými leukocyty po kontaktu s cizorodým materiálem, mnoho typů, funkce: –horečka (protože zvýšená teplota ničí některé mikroby, zejména viry) –mobilizace některých hormonů a naopak utlumení těch, které nejsou při infekci potřeba –spousta dalších vlivů na chování makroorganismu lLymfokiny – produkovány některými lymfocyty, funkce: –"přilákání" a aktivace buněk, zodpovědných za zánět (neutrofily, makrofágy) –podpora množení aktivovaných lymfocytů lInterferon – účinný proti virům a některým nádorům Specifická buněčná imunita: zaměřená hlavně na nitrobuněčné parazity (viry, TBC) lLymfocyty – vznik v kostní dřeni, vyskytují se hlavně v mízních uzlinách a slezině, při kontaktu s cizorodým materiálem se začnou mohutně množit lT-lymfocyty – zrají částečně v brzlíku – jsou zodpovědné za buněčnou imunitu lB-lymfocyty (v krvi) / plasmatické buňky (v.lymfoidních tkáních) – produkují protilátky specificky proti "svým" antigenům (viz dále) Specifická látková imunita – nejdříve co je to antigen a protilátka Co je to antigen? lje to cizorodá struktura, která vyvolává tvorbu protilátek (viz dále) lje to vždy makromolekula (bílkoviny, polysacharidy, nukleové kyseliny); malé molekuly jsou antigenní jen po navázání na makromolekulu 02 MonoclonalAb medlibrary.org/medwiki/Monoclonal_antibody Příklady antigenů lmikrobiální antigeny (různé povrchové struktury mikrobů – bílkoviny, polysacharidy apod.) lalergeny – antigeny ze zevního prostředí, které vyvolávají přecitlivělost lhistokompatibilní (HLA) – antigenní znaky na vlastních buňkách, význam při transplantacích, určení otcovství. Organismus jimi rozeznává "svoje" od "cizího" lautoantigeny – vlastní antigeny, které se změnily a imunitní systém je přestal tolerovat lnádorové markery – změněné znaky na nádorových buňkách 01 antibodystructure Protilátka (specifická humorální imunita) lprotilátky – gama globuliny, v séru i tkáních, produkovány B-lymfocyty. Protilátka se vždy vytváří jako odezva makroogranismu na podráždění určitým mikrobem (nebo aspoň jeho antigenem). lúčinky: –přímé zneškodnění – možné jen u virů a bakteriálních jedů, ne však (zpravidla) u celých baktérií –opsonizace ("ochucení" bakterií, zejména opouzdřených) –posílení funkce komplementu –zamezení adhezi bakterií (slizniční imunita) www.genscript.com/antibody.html. Třídy protilátek l IgG – největší část protilátek, začnou se tvořit později, ale po prodělané infekci zůstává celoživotně určitá hladina IgG proti danému mikrobu; zvýšená hladina ukazuje na chronickou infekci; procházejí placentou l IgM – velká molekula, placentou neprocházejí; tvoří se jako první při infekci i očkování; zvýšená hladina ukazuje na čerstvou infekci, nepřetrvává dlouho l IgA – hlavně na sliznicích (slizniční imunita) l IgD – stopová množství, funkce málo známá l IgE – souvisí s přecitlivělosti (alergií) 03 Antibody%20function http://www.uccs.edu/~rmelamed/MicroFall2002/Chapter%2017/Antibody%20function.jpg Protilátky a mateřství lpři narození má novorozenec nejprve IgG od matky lpak si sám začne tvořit své vlastní IgG a pak i IgM Protilátky a průběh infekce npři infekci se jako první tvoří IgM, jejich hladina ale brzo zase klesá naž později se začínají tvořit i IgG, přetrvávají však dlouhodobě až celoživotně 04 ch7_antibody-folds Podobné protilátkám lStruktury podobné protilátkám najdeme i na buňkách účastnících se buněčné imunity, a jsou součástí tzv. hlavního komplexu histokompatibility (MHC) 1 1 2 2 3 3 http://courses.cm.utexas.edu/archive/Spring2002/CH339K/Robertus/overheads-1/ch7_antibody-folds.jpg Lymfoidní tkáně – kde se soustřeďují buňky imunitního systému llymfatické uzliny, slezina – obsahují hlavně T-lymfocyty a plasmatické buňky lroztroušené lymfoidní tkáně všude ve sliznicích, někde méně, někde (červovitý výběžek slepého střeva) více lpro imunitu nepostradatelná játra Imunodeficity (některé složky imunitního systému chybějí nebo jsou defektní) – 1 lDeficity nespecifické buněčné imunity (tj. hlavně různých bílých krvinek kromě lymfocytů) –sklon ke kožním infekcím a abscesům –léčba: transfúze leukocytárních koncentrátů lDeficity nespecifické humorální imunity (hlavně komplementu) –sklon k bakteriálním infekcím –léčba: mražená plasma (obsahuje komplement) Imunodeficity (některé složky imunitního systému chybějí nebo jsou defektní) – 2 lDeficity specifické buněčné imunity (T-lymfocytů) –sklon k infekcím virovým, parazitárním, plísňovým, tuberkulóze –do této skupiny patří i AIDS lDeficity specifické humorální (= protilátkové) imunity –chybí některé imunoglobuliny, sklon ke všem infekcím, hlavně bakteriálním –léčba: pacientovi se dodají čištěné imunoglobuliny, nejlépe lidské Imunologická přecitlivělost lje chorobný stav nadměrné imunity lAlergie časného typu – atopická onemocnění –po kontaktu s alergenem (pyl, prach, roztoči, chlad, plísně, potraviny) se uvolní IgE, histamin a látky rozšiřující cévy –projevy mohou být různé, i podle typu kontaktu lalergická rýma latopické astma ("záducha" v průduškách) latopická dermatitida (kopřivka) lprůjmy, zvracení, bolesti břicha lanafylaktický šok – nejzávažnější, nastává při proniknutí alergenu do krevního oběhu Další typy přecitlivělosti lPřecitlivělost pozdního typu –souvisí s buněčnou imunitou –po setkání se známým antigenem se projeví se zpožděním (24–48 h) –neinfekční záněty kůže – např. po chemikáliích; odvrhnutí štěpu (někdy až po letech) –využití: tuberkulínová zkouška lPřecitlivělost cytotoxická a imunokomplexová –buňky poškozeny specifickými protilátkami a jejich komplexy s antigenem (imunokomplexy) – např.: transfúzní reakce, sérová nemoc, hemolytické anémie lPřecitlivělost stimulační –přecitlivělost vyvolává nadprodukci některých hormonů (např. štítné žlázy) Nemoci z autoimunity lporušena tolerance vlastních antigenů lnapř.: různé krvácivé a revmatické nemoci lpříčina: zpravidla jistá antigenní „podobnost“ některých vlastních struktur s některými mikroby 62 arf http://mednote.co.kr Imunologické laboratoře lImunologické laboratoře fungují zpravidla v rámci velkých nemocnic (např. Ústav klinické imunologie a alergologie ve FN u sv. Anny v Brně – ÚKIA), nebo v rámci klinických laboratoří lV některých případech (již zmíněný ÚKIA) nejde jen o laboratorní provoz, ale i o práci s pacienty, jejich klinické vyšetřování imunologické i alergologické. Tato práce je již nad rámec našeho povídání, patří spíše do interny Práce imunologické laboratoře lImunologická laboratoř vyšetřuje zpravidla krev. Podstatná může být buněčná složka (zejména bílé krvinky), ale také plasma/sérum (humorální složky imunity). lZákladem práce je stanovení jednotlivých složek imunity: imunoglobulinů, jednotlivých typů lymfocytů (CD4, CD8… jejich poměr je významným markerem zánětlivých, autoimunitních a nádorových procesů) a podobně lStanovuje se také histamin a další složky nespecifické humorální imunity Stanovení protilátek v imunologii lImunologové stanovují především –celkové množství jednotlivých tříd imunoglobulinů –specifické imunoglobuliny proti alergenům, chladovým aglutininům, autoprotilátky, případně cirkulující imunokomplexy antigen-protilátka –zpravidla však nestanovují množství protilátek proti mikrobiálním antigenům, to zůstává součástí práce mikrobiologie (serologie) Imunoterapie (léčení imunopreparáty) l(profylaxe, prevence i léčení chorob) lImunizace – viz dále lImunosuprese – potlačení imunitních reakcí - u nadměrné nebo špatné imunity lImunostimulace – povzbuzení nedostatečné imunity lDesenzibilizace – podávají se mikrodávky antigenu, aby si na ně organismus "zvykl" a nereagoval přehnaně; dávky se postupně zvyšují Imunizace – princip lImunizace je založena na posílení specifické látkové, méně často i buněčné imunity lHladovému muži na břehu řeky –nachytáme ryby – pasivní imunizace –pomůžeme, aby se naučil ryby chytat – aktivní imunizace –někdy kombinujeme obojí Pasivní imunizace lDo organismu jsou vneseny už hotové protilátky nebo sérum, které je obsahuje. lNevýhoda: protilátky od cizího člověka nikdy nejsou stejné, fungují méně účinně a postupně se jich tělo zbavuje (krátkodobý účinek) lVýhoda: organismus je chráněn okamžitě. Nevýhodu krátkodobého účinku lze odstranit, pokud pasivní imunizaci zkombinujeme s aktivní (například u tetanu) Možnosti pasivní imunizace lNespecifická séra –z krve mnoha dárců –obsahují protilátky proti mnoha běžným chorobám –obsahují i také řadu nežádoucích složek –proto se s jejich používáním čím dál více váhá lSpecifické protilátky – příklady –TEGA – proti tetanu –HEPAGA – proti hepatitidě B –BOSEA – globuliny proti botulismu –GASEA – proti plynaté sněti Aktivní imunizace lAktivní imunizace = očkování: do organismu je vnesena očkovací látka, obsahující antigen. Tělo je antigenem "vyprovokováno" a vytváří protilátky. lOčkování proti TBC – výjimka: cílem zde není vyvolat tvorbu protilátek,ale tvorbu buněčné imunity, což souvisí se zvláštními mechanismy u TBC infekce Očkovací látky proti bakteriálním nákazám I lOčkování živými bakteriemi se používá u tuberkulózy. Očkování se provádí ihned po narození a nepřeočkovává se, jen se kontroluje stav imunity (tzv. tuberkulínovým testem). lBakteriny – celé usmrcené bakterie. Například dřívější očkování proti černému kašli, způsobenému Bordetella pertussis. (Dnes už se používá modernější očkovací látky, ne bakterin) Očkovací látky proti bakteriálním nákazám II lAnatoxiny neboli toxoidy – tam, kde bakterie škodí hlavně prostřednictvím toxinů (jedů). Anatoxin = jed zbavený jedovatosti (toxicity), který si zachovává antigenní působení. Např. očkování proti tetanu a záškrtu. lČištěné povrchové antigeny (např. polysacharidové), např. Haemophilus influenzae b, Neisseria meningitidis aj. Očkovací látky proti virovým nákazám lŽivé vakcíny – pěstují se oslabené kmeny virů na buněčných kulturách. U oslabených osob mohou vyvolat různé reakce. Spalničky, zarděnky, příušnice; na lžičce podávaná (IgA!!) – dětská obrna (Sabin). lUsmrcený virus. Virus je vypěstován a poté usmrcen, nejčastěji formaldehydem. Klíšťová encefalitida, žloutenka A lChemovakcíny. Antigen byl získán „chemickou“ cestou (rekombinací DNA). Např. látka Engerix proti hepatitidě B. Druhy očkování lZákladní očkování – dnes již deset onemocnění, proti nimž se očkuje tzv. očkovacího kalendáře, (TBC, hexavakcína, trivakcína MMR + přeočkování) lOčkování mimo tento základ, např. –Očkování u profesionálního rizika (hepatitida B u zdravotníků, klíšťová encefalitida u lesníků) –Očkování před cestou (žlutá zimnice…) –Očkování pro oslabené (chřipka) –Očkování profylaktické (vzteklina) –Očkování na přání (chřipka, klíšťová encefalitida) Očkovací kalendář 2009 ockovani1 www.babyonline.cz ockovani1 ockovani1 www.babyonline.cz Očkování proti TBC lOčkuje se samostatně, momentálně první týden po narození (bouřlivě se diskutuje o možné změně) lBěhem dalších let se provádí tzv. tuberkulinová zkouška – kožní test buněčné imunity. Pokud je negativní, očkuje se znovu. Pozor, očkovat ty, kteří imunitu mají, by bylo nebezpečné lV devadesátých letech ve dvou krajích experimentálně pozastaveno. Pro velký nárůst počtu případů TBC rychle obnoveno a děti doočkovány Očkování proti TBC 05 BCG Calmette-Guérinův bacil (odtud pojem „kalmetizace“) www.indoindians.com/health/vaccine.htm Očkování proti tetanu lOčkuje se v kombinaci spolu s dalšími pěti chorobami lKromě přeočkování hexavakcínou v prvním roce života se v 11–12 letech přeočkovává i trivakcínou (klasické „di-te-pe“) lLátka je anatoxin (toxin zbavený toxicity, ale se zachovanou antigenní účinností) lTetanus dnes není běžný, ale je natolik závažný, že očkování je stále namístě. Tetanická klostridia se i dnes vyskytují ve střevě zvířat, a tedy i v zemi, pokud by se neočkovalo, bylo by riziko velké Očkování proti záškrtu Očkování proti černému kašli lOčkuje se v kombinaci lKromě přeočkování hexavakcínou v prvním roce života se v 11–12 letech přeočkovává i trivakcínou (klasické „di-te-pe“) lLátka proti záškrtu je anatoxin, proti černému kašli jde o směs anatoxinu a dalších antigenů lZáškrt i černý kašel je stále aktuální, zejména vzhledem k migraci z postsovětských republik, proto se uvažuje o rozšíření současného očkování Očkování proti „Hib“ lJde o očkování proti Haemophilus influenzae, a to proti opouzdřeným kmenům s pouzderným typem b lLátka je čištěný polysacharid lOčkuje se v kombinaci lBylo zavedeno před několika lety a po jeho zavedení významně poklesl počet invazivních hemofilových infekcí předškoláků (záněty mozkových blan, plic, příklopky hltanové) Očkování proti hepatitidě B lOčkuje se v kombinaci (u těch, kteří nebyli očkováni jako malé děti, i samostatně nebo dohromady s hepatitidou A). Očkovací látka je vakcína vyrobená rekombinantně na kvasince Saccharomyces cerevisiae lDalší z poměrně nedávno zavedených očkování – i dříve ovšem používáno, ale jen u rizikových skupin (např. děti HBsAg pozitivních matek) či profesního rizika (zdravotníci) Očkování proti dětské obrně lNedávno se přešlo na injekční Salkovu vakcínu (usmrcený virus) která umožňuje kombinaci s několika jinými vakcínami (hexavakcína) lPřeočkování v 10–11 letech se očkuje samostatně lDříve se používala se perorální Sabinova vakcína – živý virus. Je velmi účinná, ale má riziko komplikací, i když jen nepatrné lU nás se dětská obrna nevyskytuje, ale vyskytuje se v Asii a nedávno i v JV Evropě, takže cíl, kterým je celosvětová eradikace tohoto závažného onemocnění, je ještě daleko Salk a Sabin 07 2006052500751501 01 Stamp-ctc-polio-vaccine http://www.hindu.com/seta http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Stamp-ctc-polio-vaccine.jpg Očkování proti spalničkám lOčkuje se v trojici se zarděnkami a příušnicemi, ve všech třech případech jde o živé atenuované (= oslabené) viry lU těchto očkování se nejčastěji objevují pochyby, jestli je nutné a vhodné lOvšem spalničky jsou poměrně nepříjemné, pro dítě bolestivé onemocnění, a způsobují ekonomické ztráty (absence rodiče v práci) lExistuje i riziko sklerotizující spalničkové panencefalitidy (zánětu mozku), hlavně u dospělých. Je velmi vzácné, ale závažné. Očkování proti zarděnkám lS tímto očkováním se začalo v 80. letech, nejprve byly očkovány dívky ve 12 letech a pak i všechny dvouleté děti lTaké zarděnky v době před očkováním znamenaly velké ekonomické ztráty, komplikace pro školy a školky apod. lZarděnky jsou také nebezpečné u těhotných, kde existuje riziko potratu u infikovaných žen. Očkování proti příušnicím lPro příušnice platí prakticky totéž co pro předchozí dvě choroby lZatímco zarděnky byly nebezpečné těhotným dámám, příušnice hrozí spíše pánům (dospělým) – riziko zánětu varlat (orchitidy), vedoucí až k neplodnosti 08 MMR-vaccine Očkování „MMR“ (measles, mumps, rubella = spalničky, zarděnky, příušnice 04 MeaslesInjection http://www.brown.edu/Courses/Bio_160/Projects2000/MMR/mmrmeaslesvaccine.htm www.sciencemuseum.org.uk Očkování proti chřipce lOčkovací látka se připravuje z kmenů pěstovaných na vaječných zárodcích nebo buněčných kulturách lV poslední době populárnější než dříve, vzhledem k riziku tzv. aviární chřipky (H5N1) a později hlavně „prasečí“ chřipky (H1N1) lU chřipky je ovšem třeba počítat s.rizikem antigenního driftu (drobné změny antigenní struktury) a shiftu (větší antigenní posuny). Proto očkování nezanechává trvalou imunitu a musí se každý rok obnovovat Očkování proti chřipce 02 vaccine whyfiles.org/195bird_flu/4.html Očkování proti klíšťové encefalitidě lČasto žádané očkování – ovšem lidé většinou nechávají očkovat děti, ačkoli onemocnění probíhá závažněji u dospělých, zejména starších. Do 6 let se nedoporučuje. lOčkuje se dvěmi dávkami zpravidla v.zimním období, třetí („boosterová“) dávka následuje další zimu. Doporučuje se po třech letech přeočkovat lNechrání samozřejmě proti borelióze Další očkování lproti meningokokové infekci lproti pneumokokové infekci lproti planým neštovicím (1) lproti různým tropickým chorobám lproti rakovině cervixu lproti HIV (výzkum) 03 smallpox%20vaccine 1 http://www.kimtran.net Nežádoucí účinky očkování lBylo by nezodpovědné tajit, že očkování může mít i nežádoucí následky. lPravda je i to, že mohou být i příčinou smrti. lPříčinou nepříznivé reakce může být –alergie na některou složku očkovací látky (nejen na antigen, ale i na látky pomocné) –podráždění imunitního systému, zejména u osob s narušenou imunitou –u oslabených virů a bakterií může i proběhnout vlastní onemocnění, ovšem velmi slabě Jsou důvodem proč neočkovat? lDíky očkování již lidé často zapomínají na dobu, kdy po ulicích chodili lidé s aktivní tuberkulózou, kteří byli hrozbou pro ostatní. Zapomínají na tělesně postižené děti po prodělané dětské obrně. lI zdánlivě „neškodné“ nemoci, jako jsou třeba příušnice či zarděnky, hrozí komplikacemi, poškozením plodu u těhotných a podobně. Rizika a přínosy lKaždý zdravotnický postup přináší riziko selhání či nežádoucích účinků. lProto také existuje velmi přísná kontrola ze strany státu (MZd, SÚKL, hygienik…) i stavovských organizací (ČLK) a odborných společností (ČLS JEP), aby nebyly používány postupy „non lege artis“, čili v nesouladu se současnými poznatky vědeckého poznání. lPostupy, na kterých se všechny zmíněné instituce shodnou, mají jednoznačně prokázaný větší přínos než riziko Opačný extrém lJe ale i opačný extrém: někteří lidé pod tlakem reklamy vyžadují očkování, která pro ně či jejich děti nejsou vhodná lNapříklad u dětí do šesti let je zbytečné zatěžovat jejich organismus očkováním proti klíšťové encefalitidě. Takové děti jsou neustále prohlíženy rodiči, takže riziko, že by klíště bylo dost dlouho přisáté,je zanedbatelné. U malých dětí má onemocnění zpravidla navíc lehký průběh. lVěřme autoritám, pokud něco doporučují nebo nedoporučují, většinou k tomu mají dobré důvody. „Mám právo nenechat své dítě naočkovat“. lNení to pravda. Dítě není majetkem matky. Tak jako matka nemá právo dítě týrat nebo ho jen tak přestat posílat do školy, tak také nemá právo ohrozit jeho zdraví tím, že ho bezdůvodně nenechá očkovat. lNení to pravda dvojnásob. Nenaočkovat dítě znamená ohrozit třeba i cizí dítě, které nemohlo být naočkováno ze zdravotních důvodů. Čím menší je proočkovanost populace, tím větší je riziko vzniku epidemického výskytu nemoci. Děkuji za pozornost 07 antibody-puzzle www.dep.anl.gov/S3A/antibody-puzzle.JPG