Biologia 4: luku 13 Elimistön puolustusjärjestelmä

Haitallisia mikrobeja pääsee elimistöön ruuan ja juoman mukana, hentgitysilmasta, sukupuoliteitse sekä veren välityksellä esim verensiirrosta tai huumeruiskusta. Bakteerit elävät ja lisääntyvät kudosnesteessä, ja niiden vahingollinen vaikutus elimistölle perustuu yleensä niiden erittämiin myrkyllisiin aineisiin. Virusten on päästävä solujen sisälle kyetäkseen lisääntymään. Bakteerien lisäksi jotkin alkueliöt, hiivat ja homeet ovat elimistölle haitallisia.

Ihmisen elimistö puolustautuu tunkeutujia vastaan ensinnäkin yrittämällä torjua niiden pääsyn elimistöön. Tätä torjuntatapaa kutsutaan elimistön ulkoiseksi puolustukseksi. Sisäinen puolustus käynnistyy, jos tunkeutujat pääsevät sisälle elimistöön. Sisäinen puolustus voidaan jakaa synnynnäiseen ja hankittuun puolustukseen. Ulkoiseen puolustukseen osallistuvat kyynelneste, nenän limakalvo, sylki, iho, henkitorven värekarvat, hiki, mahaneste ja emättimen happamuus.

                                                                                                                              

Mikrobien on vaikea päästä elimistön ulkoisen puolustuksen läpi

Ihon pinnalla elää vaarattomia bakteereita, jotka syrjäyttävät pahoja bakteereita ja pitävät ihon pH:n alhaisena. Alhainen pH estää monien vahingollisten bakteerien kasvun. Lisäksi ihon hiki- ja talirauhasten eritteet sisältävät bakteereita tuhoavia entsyymejä.

Limakalvoja on ruuansulatuskanavassa, hengitysteissä, virtsateissä ja sukupuolielimissä. Limakalvo koostuu ohuesta solukerroksesta, jonka päällä on sitkeää limaa. Mikrobit ja monet pienet hiukkaset tarttuvat limaan helposti kiinni. Hengitysteiden limakalvoilla on värekarvoja, jotka siirtävät limaa nieluun, jolloin limaan tarttuneet mikrobit sylkäistään pois tai nielaistaan mahalaukkuun. Mahalaukussa mikrobit tuhoutuvat, koska siellä on hapan pH ja proteiineja pilkkovaa pepsiinientsyymiä.

Syöjäsolut aloittavat synnynnäisen puolustuksen

Tehokkaasta ulkoisesta poulustuksesta huolimatta jotkin mikrobit onnistuvat pääsemään elimistöön. Tällöin elimistö tarvitsee leukosyyttejä tuhotakseen tunkeilijat. Leukosyytit kulkevat veren mukana siihen elimistön osaan, mihin bakteerit, virukset tai muut mikrobit ovat tunkeutuneet. Leukosyytit syntyvät luuytimessä  kaikille verisoluille yhteisistä kantasoluista, joista ne erilaistuvat erilaisiin toimintoihin. Erilaisten leukosyyttien reaktioita taudinaiheuttajiin kutsutaan immuunivasteeksi.

Leukosyyttien toimintaa avustavat maksassa syntyvät proteiinit. Bakteerien läsnäolo aktivoi niitä. Nämä proteiinit alkava edelleen aktivoimaan muita proteiineja, jotka lisäävät hiussuonten läpäisevyyttä tulehduspaikalla ja houkuttelevat sinne uusia syöjäsoluja.

Imusolut vastaavat elimistön hankitusta puolustuksesta

Jos mikrobeja on paljon tai virukset ovat jo ehtineet tunkeutua isäntäsoluihinsa, eivät syöjäsolut yksin kykene puolustamaan elimistöä. Tällöin tarvitaan mukaan imusoluja. Kukin imusolu on erikoistunut tuhoamaan vain yhdenlaista taudinaiheuttajaa. Imusolut kykenevät siis valikoivaan puolustukseen. Se kehittyy ihmiselle syntymän jälkeen sen mukaan, millaisessa ympäristössä hän elää. Aina kun elimistö kohtaa uuden taudinaiheuttajan, se tallentaa tästä tiedon kyseiseen taudinaiheuttajaan erikoistuneisiin imusoluihin. Jos sama mikrobi hyökkää uudelleen, pystyy valikoiva puolustus reagoimaan nopeasti ja tehokkaasti. Koska järjestelmä kehittyy elämän aikana, sitä kutsutaan hankituksi immuniteetiksi.

Kuten muutkin valkosolut, imusolutkin syntyvät luuytimessä kaikille verisoluille yhteisistä kantasoluista. Imusoluja on kahta tyyppiä, T- ja B-imusoluja. Luuytimestä T-solut siirtyvät kypsymään kateenkorvaan ja B-solut punaiseen luuytimeen. Kypsymisvaiheessa imusolulle kehittyy solukalvon pintaan reseptoreja, joiden avulla kukin imusolutyyppi pystyy tunnistamaan tietyn tunkeutujan pintarakenteen.

Imukudosta on pernassa, imusolmukkeissa, suolen, hengitysteiden ja virtsateiden seinämissä sekä nielu- ja kitarisoissa. Noihin kudoksiin kypsät imusolut siirtyvät kateenkorvasta ja punaisesta luuytimestä. Valmiit imusolut lähtevät verenkierron tai imusuoniston mukana kiertämään elimistössä. Ne ovat passiivisia, elleivät ne kohtaa juuri sitä tunkeutujaa, johon ne ovat erikoistuneet.

Antigeenit käynnistävät immuunireaktion

Imusolu kykenee tunnistamaan vain tietyn antigeenin, toisin kuin syöjäsolut. Antigeeniksi sanotaan bakteerien ja virusten pintarakenteissa olevia proteiineja ja polysakkarideja. Myös elimistön omat vioittuneet tai haitalliset solut voivat toimia antigeeneinä. Jotta immuunipuolustus ei ala tuhota terveitä kudoksia, imusolujen tulee erottaa mikrobit ja syöpäsolut elimistön omista kudoksista. Tämä tapahtuu eliminoimalla elimistön omiin soluihin reagoivat imusolut niiden kypsymisprosessin aikana.

B-imusolut tuottavat vasta-aineita

Kun B-solu tunnistaa vieraan mikrobin sen pinnalla olevan antigeenin avulla, niin B-solu aktivoituu jakautumaan ja erikoistumaan plasmasoluiksi. Nämä solut erittävät vasta-aineita. Veressä vapaina kiertävät vasta-ainemolekyylit tarttuvat mikrobin pinnan antigeeneihin, mikä johtaa mikrobin tuhoamiseen. Vasta-aineet tehostavat syöjäsolujen työtä auttamalla niitä tunnistamaan taudinaiheuttajia. Vasta-aineisiin voi myös tarttua proteiineja, jotka kykenevät tunkeutumaan bakteerin solukalvoon ja tekemään siihen reikiä, jolloin bakteeri hajoaa.

T-imusolut ovat tärkeitä virusten torjunnassa

T-imusolut eivät kykene tunnistamaan mikrobien antigeenejä, vaan ne tunnistavat pääasiassa virusten saastuttamia elimistön omia soluja tai syöpäsoluja. T-solut voidaan jakaa T-tappajasoluihin ja T-auttajasoluihin. T-tappajasolut käyvät suoraan kohteensa kimppuun ja T-auttajasolut tuottavat sytokiinejä tunnistettuaan viruksen saastuttaman solun tai saatuaan B-solulta tai makrofagilta tiedon elimistöön tunkeutuneesta taudinaiheuttajasta. Sytokiinit ovat viestiaineita, jotka lisäävät imusolujen jakautumista ja erilaistumista sekä tehostavat makrofagien solusyöntiä. Viruksen infektoima solu voi tuottaa myös interferonia (viestiaine), jonka vaikutuksesta muut solut tuottavat proteiineja, jotka estävät virusten lisääntymisen soluissa.

Rokotus perustuu elimistön immunologiseen muistiin

Rokottamista kutsutaan aktiiviseksi immunisaatioksi. Siinä elimistöön ruiskutetaan tapettua tai heikennettyä taudinaiheuttajaa taisen osaa, jonka B-solut tunnistavat vieraaksi antigeeniksi ja käynnistävät vasta-aineen tuotannon plasmasolujen avulla. B-soluista syntyy myös runsaasti muistisoluja, joita on valmiina, kun taudinaiheuttajaa joutuu myöhemmin uudestaan elimistöön.

Elimistöön voidaan myös ruiskuttaa vasta-ainetta, jos henkilöä ei ole rokotettu tai jos taudinaiheuttajaan ei ole olemassa rokotevalmistetta. Tällaista menetelmää kutsutaan passiiviseksi immunisaatioksi. Se ei aiheuta immuunivastetta, joten vasta-aineita joudutaan ruiskuttamaan uudestaan, mikäli henkilö sairastuu samaan infektioon uudelleen.

Elimistön puolustusjärjestelmä ei toimi aina moitteettomasti

Ulkoinen puolustus sekä synnynnäinen ja hankittu immuniteetti täydentävät toisiaan. Tehokas immuunivaste edellyttää, että kaikki osatekijät toimivat normaalisti. Aidsin aiheuttaa seksuaalisissa kontakteissa tai veren mukana tarttuva HI-virus. Se käyttää isäntäsolunaan T-auttajasoluja. Immuunipuolustus tuhoaa virusten valloittamat T-auttajasolut, mikä heikentää sekä muiden imusolujen että syöjäsolujen toimintaa. Näin koko elimistön immuunivaste heikkenee dramaattisesti.

Kun HI-virukset aktivoituvat infektoimissaan T-soluissa, virusten tehokas tuotanto alkaa. Niitä voi syntyä vuorokaudessa miljardeja, ja ne siirtyvät aina uusiin T-auttajasoluihin tuottamaan uusia viruksia. Elimistön puolustus ei kestä kovin kauan ilman riittävää määrää T-auttajasoluja ja ihminen sairastuu aidsiin. Aids-potilaat kuolevat yleensä infektioihin, jotka terveiden ihmisten immuunijärjestelmä kykenee torjumaan. Aidsiin sairastuneet ihmiset menehtyvät usein myös syöpään.

Autoimmuunisairaudet johtuvat immunologisen järjestelmän tunnistusvirheistä

Tauteja, joissa immuunijärjestelmä tuhoaa elimistön omia soluja ja kudoksia, kutsutaan autoimmuunisairauksiksi. Joidenkin bakteerien antigeenit voivat muistuttaa elimistön omia proteiineja. Tällöin elimistö hyökkää sekä bakteerien että niiden solujen kimppuun, joiden pinnassa on bakteerille ominaisia proteiineja. Esim kihti ja nivelreuma ovat tällaisia sairauksia.

Myös virusinfektiot tai lääkeaineet voivat muuttaa solujen kalvoproteiineja, jolloin elimistö tunnistaa omat solut vieraiksi tunkeilijoiksi. Esim tyypin 1 diabetes aiheutuu T-tappajasolujen käynnistämästä hyökkäyksestä haiman insuliinia tuottavia soluja vastaan.

Allergiassa elimistön puolustusjärjestelmä reagoi liian voimakkaasti

Allergialla tarkoitetaan immuunireaktiota, jossa elimistö reagoi liian voimakkaasti tavallisesti vaarattomaan aineeseen. Allergiaa aiheuttavia aineita kutsutaan allergeeneiksi. Allergiset reaktiot ovat vaihtelevia ja ne voivat olla jopa hengenvaarallisia. Välittömässä allergiassa henkilö voi saada allergisen reaktion heti allergeenille altistumisen jälkeen.

Viivästynyt allerginen reaktio on seurausta siitä, että solut joutuvat toistuvasti tekemisiin allergeenin kanssa. Viivästyneessä allergiassa allergeenin tunnistaminen elimistössä tapahtuu solujen välityksellä, ei vasta-aineiden kautta kuten välittömässä allergiassa. Nikkeliallergia on tyypillinen viivästynyt allergia. T-imusolut käynnistävät paikallisen puolustusreaktion, joka tuntuu kipuna ja näkyy ihon punoituksena ja muina tyypillisinä tulehdusreaktion oireina.

Kudos- ja elinsiirrot aiheuttavat hylkimisreaktioita

T-imusolut pystyvät tunnistamaan elimistön jokaisen solun pinnalla olevat kudostyyppiproteiinit. Siksi T-imusolut eivät tuhoa elimistön omia soluja. Jokaisella ihmisellä on hieman erilaiset kudostyyppiproteiinit. Kudos- ja elinsiirroissa T-imusolut tunnistavat vieraat solut ja pyrkivät tuhoamaan ne. Niimpä elinsiirroissa varmistetaan luovuttajan ja vastaanottajan kudostyyppien samankaltaisuus hylkimisreaktioiden estämiseksi. Hylkimisreaktoita voidaan lievittää hylkimisenestolääkkeillä.

ABO-veriryhmä selvitetään aina, kun verta siirretään henkilöstä toiseen. ABO-veriryhmiin liittyvät vasta-aineet syntyvät ilman aikaisempaa altistusta, ja niiden muodostuminen alkaa kuuden kuukauden ikäisellä lapsella. Vasta-aineet liimaavat punasolut toisiinsa kiinni kasaumiksi, jotka voivat aiheuttaa hengenvaaran tukkimalla verisuonia esim sydämessä tai aivoissa.

Punasolujen pinnalla on muitakin antigeenejä. Raskauden aikana ja verensiirroissa voi tulla ongelmia, jotka aiheuttaa D-antigeeni, josta käytetään nimeä reesustekijä (Rh-tekijä). Jos henkilöllä on Rh-tekijä punasolujensa pinnalla, hän on Rh-positiivinen, ja jos häneltä puuttuu se, on hän Rh-negatiivinen.

Jos Rh-negatiivisen ihmisen elimistöön joutuu Rh-positiivista verta esim verensiirrossa, hänen elimistönsä alkaa tuottaa vasta-ainetta D-antigeeniä vastaan. Jos lasta odottava äiti on Rh-negatiivinen ja syntyvä lapsi Rh-positiivinen, äidin elimistö reagoi erilaiseen veriryhmätekijään. Ensimmäisen raskauden aikana äidin veressä ei muodostu vasta-ainetta, koska sikiön punasolut eivät mahdu siirtymään äidin verenkiertoon istukan läpi. Sen sijaan synnytyksen tai keskenmenon yhteydessä lapsen punasoluja voi joutua äidin vereen, jolloin äidin elimistö muodostaa vasta-ainetta lapsen verisolujen D-antigeeniä vastaan.

Seuraavan Rh-positiivisen raskauden aikana nämä syntyneet vasta-aineet mahtuvat siirtymään istukan kautta äidin verenkierrosta sikiöön, ja ne tuhoavat sikiön punasoluja. Näin lapsi voi kärsiä hengenvaarallisesta anemiasta. Rh-negatiivisen äidin vasta-ainetuotanto estetään antamalla hänelle D-vasta-ainetta heti synnytyksen jälkeen, joka tuhoaa nopeasti äitiin synnytyksessä siirtyneet sikiön punasolut. Näin seuraavakin raskaus on turvallinen.