วิทยาภูมิคุ้มกันพื้นฐาน

องค์ประกอบของระบบภูมิคุ้มกัน

ด่านป้องกัน (Barrier) เซลล์ (Immune cells) สารนํ้า
(Humoral substance) เนื้อเยื่อ (Lymphoid tissue) และอวัยวะ (Organs)

ทําหน้าที่ประสานกันเป็นอย่างระบบ หากส่วนใดส่วนหนึ่งทํางานบกพร่องก็จะทําให้เกิดผลกระทบต่อระบบการป้องกัน และการกําจัดสิ่งแปลกปลอมของร่างกาย

หน้าที่ของระบบภูมิคุ้มกัน

ป้องกันร่างกายจากสิ่งแปลกปลอมและจุลชีพ
(Defense)

ตรวจตราเซลล์ที่ผิดปกติในร่างกาย (Surveillance)

ทําลายเซลล์ที่หมดอายุเสื่อมสภาพใน
ร่างกายออกไป (Homeostasis)

พัฒนาการของระบบภูมิคุ้มกันในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

ตั้งแต่เป็นตัวอ่อนในครรภ์มารดาจนเจริญเติบโตเป็นตัวแก่ (Ontogeny) มีพัฒนาการทั้งในส่วนของอวัยวะ เนื้อเยื่อและเซลล์ รวมทั้งการ
สร้างแอนติบอดีดังนี้อวัยวะแรกของระบบภูมิคุ้มกันที่เกิดขึ้นอย่างแรกคือ ตับ ซึ่งเริ่มเกิดในสัปดาห์ที่
4 หลังการปฏิสนธิ

ม้ามเกิดขึ้นในสัปดาห์ที่ 6

ต่อมธัยมัสมี epithelial cell เกิดขึ้นก่อนในราวสัปดาห์
ที่ 6-8 และมีโครงสร้างสมบูรณ์ในเดือนที่ 3

ต่อมนํ้าเหลืองเกิดขึ้นในเดือนที่ 4

พัฒนาการของลิมโฟซัยต์

เซลล์ต้นกําเนิด (common lymphoid progenitor ) จะเจริญแยกสาย (commitment)ไป เป็นเซลล์ตั้งต้นของลิมโฟซัยต์แต่ละสาย คือ B, T และ NK cells

มีการจัดเรียงยีน (rearrangement) ที่สร้างโปรตีนซึ่งจะเป็นที่รับกับแอนติเจน (antigen receptor)

มีการคัดเลือกเซลล์ (selection process) ที่มี antigen receptor ซึ่งผ่านการทดสอบว่าทําหน้าที่ได้สมบูรณ์และกําจัดเซลล์ที่ไม่สมบูรณ์ออกไป

มีการแบ่งตัวเพิ่มจํานวนของเซลล์ต้นกําเนิด (progenitor, committed cells) เพื่อให้มีจํานวนเซลล์ที่ถูกคัดเลือกเพียงพอ

การเจริญเติบโตเป็นตัวแก่ (maturation) ของ B และ T lymphocyte

การทํางานของระบบภูมิคุ้มกัน

1. ระบบภูมิคุ้มกันแยกได้ว่าสิ่งใดเป็นสิ่งแปลกปลอมและสิ่งใดเป็นร่างกายของตนเอง (Self and Non-Self discrimination)

2. ระบบภูมิคุ้มกันเป็นการทํางานร่วมกัน (Intgrate system) ของ Innate immune
system และ Adaptive immune system

3. เซลล์ในระบบภูมิคุ้มกันทั้ง Innate immunity และ Adaptive immunity ต้องอาศัยReceptor ทําหน้าในการรับรู้(Recognize) สิ่งแปลกปลอมและจุลชีพที่แตกต่างกันได้

4. T cell receptor (TCR)และB cell recptor (BCR) จะจําเพาะกับแอนติเจนที่แตกต่างกัน เกิดเป็นความหลากหลายของรีเซพเตอร์ (Diversity) ซึ่งถูกกําหนดหรือสร้างไว้ก่อนแล้วที่จะพบกับแอนติเจน โดยกระบวนการจัดเรียงยีน (Gene rearangement)

5. B lymphocyte และ T lymphocyte จะมี BCR หรือ TCR แบบใดแบบหนึ่งเท่านั้นเรียกว่าโคลน (Clone)

6. การทํางานของลิมโฟไซต์ หรือ Adaptive Immunity มีคุณสมบัติที่สําคัญประการหนึ่งคือความจํา (Memory)

7. การทํางานของระบบภูมิคุ้มกันซึ่งประกอบด้วยเซลล์และสารนํ้าที่มีความ
ซับซ้อนมากๆ จําเป็นต้องมีการควบคุมที่เหมาะสม (Immune regultion)

Innate immunity และ adaptive immunity

Innate Immunity

เป็นปราการด่านแรกที่ต่อต้าน จุลชีพและสิ่งแปลกปลอม

ด่านป้องกัน (Barrier

Phagocytic cells และNatural killer (NK) cells
เซลล์ฟาโกซัยต์ได้แก่ macrophage, neutrophils จะทําหน้าที่จับกินจุลชีพและสิ่งแปลกปลอม

โปรตีนที่อยู่ในกระแสเลือดและสารคัดหลั่ง (Humoral substance) เช่น Complement

Cytokine และInterferon เป็นสารนํ้าที่ทําหน้าที่่ควบคุมการทํางานของเซลล์ต่างๆ

Adaptive Immunity

ไม่ทําปฏิกิริยากับแอนติเจนของตัวเอง(Non reactivity to self)หรือแยกได้ว่าสิ่งใดเป็น
สิ่งแปลกปลอม(Discrimination of self from non-self)

มีความจําเพาะ (Specificity)

มีการจดจํา (Memory)

มีความหลากหลาย (Diversity)

มีการปรับเปลี่ยนการตอบสนองไปตามชนิดของแอนติเจนAdaptiveness or
Specialization ระบบภูมิคุ้มกันจะตอบสนองต่อจุลชีพ

มีการควบคุมปริมาณการตอบสนอง (Self limitation/Cotraction and Homeostasis)

มีการแบ่งตัวเพิ่มจํานวนของลิมโฟซัยต์(Clonal expansion)

ชนิดของภูมิคุ้มกันแบบจําเพาะ (Type of adaptive immune response)

1. ภูมิคุ้มกันด้านสารนํ้าHumoral immune response; HIR)

2. ภูมิคุ้มกันชนิดพึ่งเซลล์ (Cell-mediated immune response; CMIR) หรือ Cellular immunity

ชนิดของภูมิคุ้มกันที่ร่างกายสร้างเองและภูมิคุ้มกันที่ได้รับมา (Active and Passive immunity)

ภูมิคุ้มกันแบบจําเพาะที่ถูกชักนําให้เกิดขึ้นในร่างกาย ตามการตอบสนองหรือการได้รับภูมิคุ้มกันนั้นจะแบ่งได้เป็น 2 แบบ คือ Active immunity และAassive
immunity ภูมิคุ้มกันที่ร่างกายสร้างขึ้นเมื่อถูกระตุ้นด้วยจุลชีพหรือสิ่งแปลกปลอม จะเรียกว่า Active
immunity นั่นคือร่างกายมีบทบาทในการสร้างภูมิคุ้มกันด้วยตนเอง ภูมิคุ้มกันแบบนี้เมื่อเกิดขึ้นแล้ว
จะคงอยู่เป็นระยะเวลานาน ในกรณีที่ได้รับแอนติบอดีหรือลิมโฟซัยต์ จากผู้ที่มีภูมิคุ้มกันอยู่ก่อนแล้ว
(Adoptive transfer) จะเรียกว่า Passive immunity

คุณสมบัติของแอนติเจน

มีความเป็นสิ่งแปลกปลอม (Foreignness)

ระบบภูมิคุ้มกันปกติจะสามารถแยกสิ่ง
แปลกปลอมจากเนื้อเยื่อตนเองได้(Self and non-self discrimination)

ขนาดโมเลกุล (Size)

สารที่มีโมเลกุลขนาดเล็กมากจะไม่สามารถกระตุ้นการตอบสนองของ
ระบบภูมิคุ้มกันได้ดีเท่ากับสารที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่

องค์ประกอบทางเคมี(Chemical complexity)

ตําแหน่งโครงสร้างที่ภูมิคุ้มกันจะเข้าถึง (structure and accessibility of epitope )

ตําแหน่งโครงสร้าง (epitope) ถ้าอยู่ภายนอกจะกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้ดีกว่าตําแหน่งภายในโมเลกุล

ปัจจัยอื่นๆ

ปริมาณแอนติเจน (antigen dose) แอนติเจนที่ให้เข้าไปในร่างกายแต่ละครั้งควรมีปริมาณพอเหมาะ ถ้าปริมาณมากเกินไปหรือน้อยเกินไปจะทําให้เกิดภาวะไม่ตอบสนอง (tolerance) ต่อแอนติเจนนั้น

การใช้สารเพิ่มการกระตุ้น (use of adjuvant) การให้แอนติบอดีพร้อม adjuvant จะช่วยให้การกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้มากขึ้นและนานขึ้นด้วย

ชนิดของแอนติเจน

T - independent Antigen

T -dependent Antigen

ซูเปอร์แอนติเจน (Superantigens)

แอดจูแวนท์ (Adjuvants)

ไมโตเจน (Mitogen)

สารที่สามารถกระตุ้นการแบ่งตัวเพิ่มจํานวนของ Eukaryotic cells แบบไมโตสิส (Mitosis) ไม่มีความจําเพาะกับที่รีเซพเตอร์ใดๆ บนเซลล์

phytomitogen ซึ่งเป็น lectin ที่สกัดได้จากพืช

สารที่เป็นผลผลิตจากจุลชีพ เช่น Lipopolysacharide,Staphylococcus Enterotoxin Bซึ่งช่วยการแบ่งตัวของ B cell, T และ B cell ตามล าดับ

สารชนิดอื่นๆ เช่น anti-immunoglobulinsera, dextran, polyvinylpyrrolidon, trypsin

การสร้างเซลล์เม็ดเลือด

กระบวนการสร้างเม็ดเลือด (Hematopoiesis) เริ่มขึ้นหลังมีการปฏิสนธิในครรภ์มารดาได้ไม่นาน โดยจะมีการสร้างครั้งแรกที่ ถุงไข่แดง (Yolk sac ) ของเอมบริโอแล้วเปลี่ยนเป็นการสร้างที่ ตับ ม้าม ต่อมน้้าเหลืองและไขกระดูก โดยจุดก้าเนิดที่ท้าหน้าที่สร้างเม็ดเลือดนี้จะเปลี่ยนแปลงไปตามระยะการเจริญเติบโตของร่างกาย ตั้งแต่เป็นทารกในครรภ์จนเติบโตเป็นผู้ใหญ่ โดยพบว่าเมื่ออายุมากขึ้นการสร้างเม็ดเลือดที่ตับม้ามและต่อมน้้าเหลืองจะค่อยลดลง ในขณะที่การสร้างที่ไขกระดูกจะมากขึ้น

เซลล์เม็ดเลือดขาวสายมัยอีลอยด์ (Myeloid lineage)

1. กลุ่มเซลล์ฟาโกไซต์ (Phagocytic cell)

Neutrophil

2. Mononuclear phagocytes

monocyte

Macrophage

Dendritic cells

Eosinophil

Basophil

Mast cells

Lymphoid linages

B-lymphocyte

T-lymphocyte

Natural killer (NK) cell

Innate lymphoid cells (Ilcs)

อวัยวะและเนื้อเยื่อของระบบภูมิคุ้มกัน (Lymphoid organs and Lymphoid tissues)

1. Primary lymphoid organ

ไขกระดูก (Bone marrow)

เป็นแหล่งการสร้างเซลล์ทุกสายในระบบภูมิคุ้มกัน และเป็น
อวัยวะทีมีความส้าคัญต่อพัฒนาการของ B-lymphocyte ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม การสร้างเม็ดเลือด เกิดขึ้นครั้งแรกที่ถุงไข่แดงแล้วเปลี่ยนไปที่ตับและม้าม หลังจากนั้นก็จะสร้างที่ไขกระดูกเพียงที่เดียว

ต่อมไธมัส (Thymus)

2. Secondary lymphoid organs

ม้าม (Spleen)

ม้ามท้าหน้าที่ในการกรอง (Filter) แอนติเจน จุลชีพที่เข้ามากับกระแสเลือด (Blood born antigen) โดยแมคโครฟาจในม้ามจะท้าการจับกินแอนติเจนเหล่านั้น รวมทั้งน้าเสนอแอนติเจนให้กับ T-lymphocyte ม้ามยังเป็นที่ก้าจัดเกล็ดเลือด และเม็ดเลือดแดงที่หมดอายุแล้ว

ต่อมน้ํเหลือง และระบบน้ํหลือง (Lymph node and lymphatic system)

Mucosal immune system

เนื้อเยื่อของระบบภูมิคุ้มกันบริเวณผิวเยื่อบุ พบในทางเดินอาหารและระบบ
ทางเดินหายใจจะเป็นที่อยู่ของลิมโฟไซต์และ APC ที่จะก้าจัดแอนติเจนที่เข้ามาทางการกิน (Ingested antigen) และทางการหายใจ (Inhaled antigen) เยื่อบุจะเป็นด่านป้องกันระหว่างสิ่งแวดล้อมภายนอก
กับเนื้อเยื่อภายในที่จะเป็นช่องทางการเข้าสู่ร่างกายของจุลชีพและสิ่งแปลกปลอม เรียกเนื้อเยื่อบริเวณระบบทางเดินหายใจเรียกว่า Nasopharyngeal associated lymphoid tissue (NALT)

Cutaneous Immune system

เป็นด่านป้องกันทางกายภาพที่
ส้าคัญระหว่างสิ่งแวดล้อมภายนอกกับเนื้อเยื่อภายใน มีส่วนส้าคัญในการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันเฉพาะที่ (Local immune response) และปฏิกิริยาการอักเสบ