Основы трансплантационного иммунитета
Иммуните́т (лат. immunitas) — это способ защиты организма от действия различных веществ и организмов, вызывающих деструкцию его клеток и тканей, характеризующийся изменением функциональной активности преимущественно иммуноцитов с целью поддержания гомеостаза внутренней среды.
Простейшие защитные механизмы, имеющие своей целью распознавание и обезвреживание патогенов, существуют даже у прокариот: например, ряд бактерий обладает ферментными системами, которые препятствуют заражению бактерии вирусом. Одноклеточные эукариотные организмы применяют токсичные пептиды, чтобы предотвратить проникновение бактерий и вирусов в свои клетки. По мере эволюции сложно организованных многоклеточных организмов у них формируется многоуровневая иммунная система, важнейшим звеном которой становятся специализированные клетки, противостоящие вторжению генетически чужеродных объектов.
У таких организмов иммунный ответ происходит при столкновении данного организма с самым различным чужеродным в антигенном отношении материалом, включая вирусы, бактерии и другие микроорганизмы, обладающие иммуногенными свойствами молекулы (прежде всего белки, а также полисахариды и даже некоторые простые вещества, если последние образуют комплексы с белками-носителями — гаптены), трансплантаты или мутационно изменённые собственные клетки организма. Как отмечает В. Г. Галактионов, «иммунитет есть способ защиты организма от всех антигенно чужеродных веществ как экзогенной, так и эндогенной природы; биологический смысл подобной защиты — обеспечение генетической целостности особей вида в течение их индивидуальной жизни». Биологическим смыслом такой защиты является обеспечение генетической целостности особей вида на протяжении их индивидуальной жизни, так что иммунитет выступает как фактор стабильности онтогенеза
Характерные признаки иммунной системы:
- способность отличать «своё» от «чужого»;
- формирование памяти после первичного контакта с чужеродным антигенным материалом;
- клональная организация иммунокомпетентных клеток, при которой отдельный клеточный клон способен, как правило, реагировать лишь на одну из множества антигенных детерминант.
Эта область знаний выделилась в самостоятельный раздел науки, получившей название – трансплантологии. Наряду с хирургическими аспектами трансплантология ставит на разрешение вопросы, связанные с заготовкой, хранением трансплантатов, изучение трансплантационного иммунитета, изучение закономерностей приживления тканей и органов и восстановление их функций. Изучение этих вопросов привело к развитию иммунологии, инженерной медицины, медицинской кибернетики. Трудно назвать какую-либо другую медицинскую проблему последних десятилетий, которая в большей мере, чем трансплантология, способствовала бы развитию других медико-биологических дисциплин.
Естественно, что современные успехи трансплантологии во многом обеспечены успехами стимулированных ею областей знаний. Особый интерес к трансплантологии сложился после первой пересадки сердца 3 декабря 1967 г., сообщение о которой по своей сенсационности было ничуть не меньшим, чем сообщение о первом полете человека в космос.
За прошедшие двадцать лет мир трансплантаций был исследован, освоен и заселен тысячами пациентов. На глазах общественности, исследователей и представителей прессы пересадки органов, некогда бывшие в диковинку, выдвинулись на авансцену медицины. В связи с пересадкой сердца многие темы, прежде обсуждавшиеся только врачами, стали достоянием мировой гласности. Огромное значение приобрели также аспекты, как этика нововведений в медицине, определение смерти мозга, упорядочение законодательства о донорстве, жизнь человека с пересаженным органом.
Мы привыкли к «чудесам» XX века. И все же не можем без волнения слышать о пересадке жизненноважных органов. Но часто ли мы задумываемся над тем, что им предшествовало, сколь долгими и трудными путями шли к ним исследователи?
В истории трансплантологии выделяют 2 периода:
I период – хирургический.
Издавна люди мечтали о возможности замещения пораженного органа другим здоровым органом или замещении дефектов тканей искусственными материалами. Раскопки курганов и захоронений подтверждают, что древние лекари делали «заплаты» на поврежденных черепах воинов из пластинок золота и серебра. В качестве пластического материала использовали даже скорлупу кокосовых орехов.
Пересадка тканей одного человека другому долгое время оставалась неразрешимой проблемой медицины. Но смелые опыты продолжались. Амбруаз Паре (XVII) пересадил французской принцессе на место больного зуба здоровый зуб ее камеристки. Позже делались многочисленные попытки использовать трансплантацию костной ткани для устранения дефектов, но чаще всего она не приживалась, постепенно рассасывалась или отторгалась, как инородное тело.
II период – биолого-хирургический – с середины XX века.
Дальнейшему развитию трансплантологии способствовало совершенствование хирургической техники, разработка метода искусственного кровообращения, достижения реаниматологии. Большая заслуга в разработке аппарата искусственного кровообращения принадлежит советским ученым Брюхоненко и Чечулину. Ими был разработан автожектор позволяющий осуществлять искусственное кровообращение, как всего тела, так и изолированного органа. Устройство аппарата аналогично схеме кровообращения теплокровного животного, он содержит два диафрагмальных насоса, один из которых посылает кровь в артерии, другой откачивает притекающую кровь по венам, оксигенератор, обогащающий кровь кислородом и автоматический регулятор температуры.
Разрабатывалась проблема получения трансплантатов для пересадки. И здесь весомый вклад внесен советскими исследователями. До 30-х годов нашего столетия врачи весьма скептически относились к использованию трупных тканей в качестве пластического материала, было распространено мнение, что кровь умершего непременно содержит быстро развивающиеся трупные яды, которые оказывают на больного смертельное действие.
В 1928 г. профессор В.Н. Шамов высказал мысль о возможности переливания трупной крови. Через год он доказал, что микробы из кишечника попадают в брыжеечные вены через 20-22 часа после смерти человека. Однако многие считали кощунственной мысль о переливании трупной крови. Но вот в марте 1930 г. в институт им. Склифосовского был доставлен человек с тяжелейшими ранениями обеих рук, погибающий от кровопотери. И профессор С.С. Юдин впервые в истории медицины перелили ему трупную кровь. Больной был спасен, таким образом было опровергнуто мнение о невозможности пользоваться органами и тканями, взятыми от трупов. С 1930 г. Филатовым стала использоваться для пересадки трупная роговица.
В 1934 г. Ю.Ю. Вороной пересадил почку от трупа женщине умиравшей от отравления ртутью, но пересаженная почка оказалась функционально неполноценной. Четыре последующие операции, выполненные им до 1950 г. также не принесли успеха.
Большого успеха в пересадке почки добился в 1954 г. американский хирург Д. Мюррей. Но донор и реципиент были однояйцовыми близнецами, а их ткани абсолютно тождественны и не вызывают иммунологического конфликта. Правда Мюррею предстояло первому преодолеть «этический барьер» в связи с удалением нормальной почки у здорового донора.
Успешную пересадку почки от живого донора впервые в нашей стране осуществил в 1965 г. академик Б.В. Петровский.
При пересадке печени применяются три метода: пересадка донорской печени на место собственной – реципиента (ортотоническая пересадка), пересадка печени к сосудам в брюшную полость на место удаленной почки, селезенки и оставление собственной печени реципиента (гетеротоническая пересадка) и временное экстракориоральное подключение донорской печени к сосудам реципиента.
Для экстракориорального подключения как правило используют печень животных, чаще свиней.
Впервые ортотоническую пересадку печени в клинике произвел американский хирург Т. Старцл в 1960 г., а гетеротоническая пересадка печени произведена Энсолоном в 1964 г. Широкому применению трансплантации печени препятствует отсутствие надежного метода поддержания больного в хорошем состоянии до тех пор пока не будет произведена операция и трансплантат не начнет функционировать.
Созданы первые модели «искусственной печени», которые позволяют удалять накопившиеся в крови токсические факторы, разработаны специальные колонки, заполняющиеся жизнеспособными клетками печени (гепатоцитами), позволяющие более эффективно очищать кровь от токсинов.
Первые экспериментальные попытки пересадки сердца относятся к началу XX столетия и связаны с именами Корреля и Гутри, которые в 1905 г. осуществили трансплантацию сердца на шею собаки реципиента, сердце донора работало 2 часа.
В 1945-48 годах советский ученый А.П. Синицын, профессор нашего института, разработал собственный оригинальный метод трансплантации сердца у лягушек. Животные с трансплантатом жили длительной время и модель явилась уникальной для доказательства принципиальной возможности существования животного с пересаженным сердцем.
С 1946 г. начал свои исследования выдающийся отечественный ученый В.П. Демихов. Им впервые в 1955 г. показана возможность ортотонической трансплантация сердца в эксперименте. Демихов разработал 24 варианта подключения трансплантата в кровоток, впервые применил отечественный сосудосшивающий аппарат при разработке техники сшивания кровеносных сосудов. В течение многих лет трансплантологи и хирурги всего мира, приезжая в СССР, считали своим долгом побывать на его экспеирментах. Известный хирург Борнорд несколько месяцев проработал в лаборатории Демихова.
В 1961 г. Лоуер, Стофер и Шамуей, опубликовали работу, в которой авторы описали первых в мире выживших собак после ортотонической трансплантации сердца. Удача пришла к ним после гениально простого решения техники пересадки. Вместо сшивания устья полых и всех легочных вен указанные авторы оставляли на месте по существу оба предсердия реципиента, к которым потом пришивали аналогичные отделы предсердий донора. Методика тотчас была принята на вооружение рядом групп кардиохирургов для дальнейшей разработки различных вопросов трансплантации сердца: консервации сердца, сроков его взятия, механизмов отторжения организмом пересаженного сердца и др. В 1964 г. Горди, хирург их Миссисипи, пересадил больному сердце шимпанзе, трансплантат функционировал 1 час.
В декабре 1967 г. Кристиан Барнард из Кейптауна осуществил первую в истории успешную операцию трансплантации сердца от человека к человеку. Первый больной прожил 18 дней и погиб от пневмонии. 2 января 1968 г. Барнард производит вторую пересадку. На этот раз значительно удачнее. Больной прожил около двух лет. Последующие два года явились годами так называемого «трансплантационного бума», охватившего все страны мира.
В ноябре 1968 г. профессор А.А. Вишневский произвел первую в СССР пересадку сердца. Бурный всплеск активности кардиохирургов привел к тому, что в 1969 г. в мире было сделано 100 операций пересадки сердца. Но энтузиазм быстро угас, так как итоги оказались неутешительными. Более года жило всего около 20% оперированных больных. Оказалась не хирургическая техника определяла успех долговременных результатов при пересадке органов. Органы и ткани пересаженные от одного человека другому не приживаются, отторгаются. И что не пытались предпринять хирурги (совершенствовалась техника сосудистого шва, менялся шовный материал, улучшалось кровоснабжение).
В 1978 г. хирурги стали применять новое эффективное лекарство – циклоспорин-А, предотвращающий реакцию отторжения. Препарат буквально произвел революцию. Результаты пересадок органов начинают улучшаться. Так трансплантация сердца с 1978 г. по 1985 г. была выполнена 1620 больным. Выживаемость в течение года составляла 78,9%, пятилетняя выживаемость 76,6%. Поразительные результаты! Особенно если учесть, что после пяти лет прошедших со дня операции вероятность осложнений становится довольно мала.
В настоящее время принято забирать донорские органы при состоянии так называемой «смерти мозга». Только при постановке такого диагноза, который приравнивается к биологической смерти, разрешается изъятие органа для пересадки. Причем диагноз ставит группа врачей, не имеющих ни малейшего отношения к трансплантологии и не работающих в том учреждении, которое намерено изъять донорский орган. «Смерть мозга» – короткий период, ученые знают все особенности такого диагноза, так что ошибка практически исключена.
Трансплантационным иммунитетом называют иммунную реакцию макроорганизма, направленную против пересаженной в него чужеродной ткани (трансплантата). Знание механизмов трансплантационного иммунитета необходимо для решения одной из важнейших проблем современной медицины — пересадки органов и тканей. Многолетний опыт показал, что успех операции по пересадке чужеродных органов и тканей в подавляющем большинстве случаев зависит от иммунологической совместимости тканей донора и реципиента.
Иммунная реакция на чужеродные клетки и ткани обусловлена тем, что в их составе содержатся генетически чужеродные для организма антигены. Эти антигены, получившие название трансплантационных или антигенов гистосовместимости, наиболее полно представлены на ЦПМ клеток.
Реакция отторжения не возникает в случае полной совместимости донора и реципиента по антигенам гистосовместимости — такое возможно лишь для однояйцовых близнецов. Выраженность реакции отторжения во многом зависит от степени чужеродности, объема трансплантируемого материала и состояния иммунореактивности реципиента.
При контакте с чужеродными трансплантационными антигенами организм реагирует факторами клеточного и гуморального звеньев иммунитета. Основным фактором клеточного трансплантационного иммунитета являются Т-киллеры. Эти клетки после сенсибилизации антигенами донора мигрируют в ткани трансплантата и оказывают на них антителонезависимую клеточно-опосредованную цитотоксичность.
Специфические антитела, которые образуются на чужеродные антигены (гемагглютинины, гемолизины, лейкотоксины, цитотоксины), имеют важное значение в формировании трансплантационного иммунитета. Они запускают антителоопосредованный цитолиз трансплантата (комплемент-опосредованный и антителозависимая клеточно-опосредованная цитотоксичность).
Возможен адоптивный перенос трансплантационного иммунитета с помощью активированных лимфоцитов или со специфической антисывороткой от сенсибилизированной особи интактному макроорганизму.
Механизм иммунного отторжения пересаженных клеток и тканей имеет две фазы. В первой фазе вокруг трансплантата и сосудов наблюдается скопление иммунокомпетентных клеток (лимфоидная инфильтрация), в том числе Т-киллеров. Во второй фазе происходит деструкция клеток трансплантата Т-киллерами, активируются макрофагальное звено, естественные киллеры, специфический антителогенез. Возникает иммунное воспаление, тромбоз кровеносных сосудов, нарушается питание трансплантата и происходит его гибель. Разрушенные ткани утилизируются фагоцитами.
В процессе реакции отторжения формируется клон Т- и В-клеток иммунной памяти. Повторная попытка пересадки тех же органов и тканей вызывает вторичный иммунный ответ, который протекает очень бурно и быстро заканчивается отторжением трансплантата.
Знание механизмов трансплантационного иммунитета, его возникновения и течения необходимо для решения одной из важнейших проблем медицины. пересадки органов и тканей. Технически трансплантационная хирургия, которая занимается пересадкой органов и тканей, в состоянии провести практически любую операцию по пересадке почти любых органов и тканей (сердце, легкие, печень, почки, сосуды, кожа и т. д.). Однако успех операции в подавляющем большинстве случаев зависит от иммунологической совместимости тканей. Иммунная реакция на чужеродные клетки и ткани обусловлена тем, что в их составе содержатся генетически чуждые для организма трансплантационные антигены. По специфичности тканевых антигенов все существующие виды, а также индивиды внутри вида имеют различия. Антигенная дифференцировка тканей вида и индивида закодирована в генах; она заключена в главной системе гистосов-местимости, имеющейся у человека и у всех животных. Комплекс антигенов системы гистосовместимости наиболее полно представлен в лейкоцитах крови. Поэтому эта система у человека получила название HLA (Human Leucocyte Antigens). У животных она имеет другое обозначение, связанное с видом животного.
В системе HLA человека открыто уже более 100 антигенов гистосовместимости, которые сгруппированы в несколько регионов (HLA-A, HLA-B, HLA-C, HLA-D, HLA-DR). Помимо антигенов системы HLA, у человека и животных имеются другие трансплантационные антигены.
Антигены главного комплекса гистосовместимости (HLA) не только играют основную роль в трансплантационном иммунитете, но и определяют предрасположенность к тому или иному заболеванию, в том числе чувствительность к инфекционным болезням. Видимо, гены гистосовместимости сцеплены с генами, кодирующими те или иные биологические процессы.
Трансплантационные антигены имеются во многих клетках. Больше всего их в лимфоидной ткани, затем в порядке убывания следуют ткани печени и легких, кишечник, сердце, почки, желудок, мозг. Антигены HLA отсутствуют в эритроцитах и жировой ткани. Трансплантационные антигены представляют собой в основном гликопротеиды и располагаются на мембранах клеток.
В ответ на чужеродные трансплантационные антигены организм отвечает гуморальной и клеточной иммунными реакциями. Основную роль в трансплантационном иммунитете играет клеточная реакция, заключающаяся в том, что Т-лимфоциты-кил-леры реципиента, сенсибилизированные антигенами донора, мигрируют в пересаженную ткань (трансплантат) и оказывают цитолитическое действие на клетки трансплантата. В результате клетка гибнет. Погибшие или поврежденные клетки трансплантата фагоцитируются макрофагами. Происходит отторжение трансплантата. Механизм иммунного отторжения трансплантата имеет две фазы. В первой фазе вокруг трансплантата и сосудов скапливаются лимфоциты, макрофаги, плазмоциты и другие клетки. Во второй фазе, когда трансплантат инфильтрирован иммунокомпетентными клетками, происходят деструкция клеток трансплантата, воспаление, тромбоз кровеносных сосудов, в результате чего нарушается питание трансплантата и он гибнет. Киллерный эффект лимфоцитов можно воспроизвести in vitro на культуре клеток. Возможен адоптивный перенос трансплантационного иммунитета, т.е. с помощью сенсибилизированных лимфоцитов.
В трансплантационном иммунитете играют роль и антитела, образующиеся на чужеродный трансплантат (гемагглютинины, ) гемолизины, лейкотоксины, цитотоксины). Об этом свидетельствует возможность пассивного переноса трансплантационного иммунитета со специфической антисывороткой, содержащей антитела к антигенам трансплантата. Однако нельзя с определенностью сказать, участвуют ли антитела в процессе отторжения трансплантата или же процесс отторжения трансплантата сопровождается выработкой антител.
Основная иммунная реакция при чужеродном трансплантате называется реакцией трансплантата против хозяина (РТПХ). Она развивается в случае несовместимости антигенов комплекса гистосовместимости HLA у донора и реципиента. Эта реакция не возникает в случае совместимости антигенов комплекса HLA (например, у близнецов), и выраженность ее зависит от степени чужеродности и количества чужеродных клеток пересаживаемого органа.
Как уже было сказано, реакция отторжения трансплантата является главной причиной неудач в трансплантационной хирургии. Иммунология пока не нашла радикальных средств для преодоления тканевой несовместимости. Однако определенные успехи уже достигнуты.
Используется подбор по тканевой совместимости донора и реципиента на основании определения антигенов комплекса HLA. Для подавления реакции отторжения трансплантата применяют иммунодепрессанты, которые ингибируют клеточное деление и дифференцировку или обладают цитостатическим действием. Наиболее эффективны циклоспорин и актиномицин D.
Применяют также меркаптопурин, кортикостероиды, антилимфоцитарную сыворотку, а иногда облучение. С клинической точки зрения выделяют острое, сверхострое и отсроченное отторжение трансплантата. Различаются они по времени реализации реакции и отдельным механизмам.
