Blodet, lymfoida organ och immunsystemet Människan: biologi och hälsa SJSD11 Annelie Augustinsson Innehåll Vad är blod? Röda blodkroppar = syrgastransport, blodkroppsbildning och blodgrupper Blodplättar = blodstillning; bildning av trombocytplugg och koagel, samt fibrinolys Vita blodkroppar samt immunförsvaret = granulocyter, monocyter och lymfocyter samt barriärer, substanser och lymfoida organ Vad är blod? En vuxen människa har mellan 4 och 6 liter blod. Blodets funktioner: cirkulationssystemets transportmedium försvar mot infektioner reglerare för vätskebalansen och jämvikten mellan syror och baser 1
Vad är blod? Blodet är en flytande vävnad som består av: blodkroppar plasma Vid centrifugering av blodprovsrör framträder fördelningen av blodets beståndsdelar tydligt. Hematopoesen Blodkropparna bildas från stamceller i den röda benmärgen. Stamcellerna delar sig och bildar dels exakta kopior och dels antingen myeloida eller lymfoida stamceller. Vidare blodkroppsbildning (hematopoes) sker stegvis. De blodkroppar som bildas är: röda blodkroppar vita blodkroppar blodplättar Erytrocyter Erytrocyterna utgör ungefär 99% av blodkropparna. Deras främsta uppgift är att transportera syre (och koldioxid/väte). Detta gör de med hjälp av proteinet hemoglobin (Hb), som också ger blodkropparna deras röda färg. 2
Erytrocyter Hemoglobinmolekylen består av 4 polypeptidkedjor som bundits samman = globin Vardera peptidkedja är sedan bunden till en hemmolekyl som kan binda syre. Oxyhemoglobin = hemoglobin som bundit till sig syre Syretransport Om alla röda blodkroppars hemoglobinmolekyler binder fyra syremolekyler vardera utgör oxyhemoglobinet 100% av blodets hemoglobininnehåll. Hb:s syremättnad/saturation är då 100%. Artärblodets syremättnad = 95 100% Venblodets syremättnad = olika Syretransport När det syremättade hemoglobinet når kroppens vävnader måste rätt mängd syre avlämnas. Hemoglobinets syreavgivande förmåga påverkas av vävnadens: temperatur koldioxidkoncentration ph 3
Blodkroppsbildning Alla blodkroppar har sitt ursprung i en stamcell i benmärgen, även erytrocyterna. Aminosyror, järn, folsyra och kobalamin (vitamin B 12 ) är viktiga byggstenar. Anemi Anemi (blodbrist) är den vanligaste blodsjukdomen. Olika orsaker till anemi Blodförlust Minskad bildning av röda blodkroppar Förkortad livslängd hos de röda blodkropparna Brist på vitaminer eller mineraler Njursvikt Anemi Symtom Hjärtklappning och hjärtsvikt Andnöd Minskad fysisk prestationsförmåga Trötthet Huvudvärk och yrsel Blekhet 4
Anemi på grund av vitamin B 12 -brist Vitamin B 12 behövs bland annat för bildning av röda blodkroppar, men även för myelinisering av nervcellernas axon. En variant av anemi p g a vitamin B 12 -brist är perniciös anemi. Avsaknad av ämnet intrinsic factor (IF) på grund av autoimmun sjukdom leder då till brist på vitamin B 12. Ytterligare symtom: Neuropati (nervskada) Tungsveda Erytropoesen Erytropoesen = mognadsprocessen av nybildade erytrocyter Erytropoetin = det hormon som styr regleringen av erytropoesen Blodkroppsnedbrytning Erytrocyterna cirkulerar runt i blodet och utför sina uppgifter i ungefär 120 dygn. Vid nedbrytning hemolyseras blodkropparna och hemoglobinet rinner ut. Vid nedbrytning av hemoglobin bildas bland annat det gula färgämnet bilirubin. Ökad bilirubinkoncentration = gulsot (ikterus) 5
Blodgrupper Anledningen till olika blodgrupper är olika antigener på de röda blodkropparnas yta. Antigener = proteiner eller kolhydrater som fungerar som igenkänningssignaler för kroppens försvarssystem = immunsystemet. Immunförsvaret svarar med att bilda antikroppar mot antigenet. AB0-systemet AB0-systemet var det första blodgruppssystem som beskrevs (1901). Blodgrupper i AB0-systemet: A B AB 0 A,B = antigener A,B = antikroppar AB0-systemet Erytrocyter Plasma 0 AB A B A B AB 0 6
AB0-systemet Frekvensen av de olika antigenerna i vår befolkning (Sverige, 2006): Fenotyp Frekvens A 44% B 12% AB 6% 0 38% Rh-systemet I Rh-systemet är den person som har D- antigen på erytrocyterna Rh-positiv, medan den som saknar D-antigen är Rh-negativ. I Rh-systemet finns inga naturliga antikroppar, utan de bildas vid direkt kontakt med Rh-positivt blod genom t ex blodtransfusion. Trombocyter Trombocyterna (blodplättarna) bildas i benmärgen där de avskiljs från stora megakaryocyter. Trombocyterna medverkar i försvaret mot blodförlust genom att aggregera och bilda en provisorisk plugg i det hål (skadan) där blodet rinner ut, samt genom att aktivera koagulationsfaktorer för en mer hållbar tätning. 7
Hemostas Försvaret mot blodförlust kan delas in i tre steg: Vaskulär spasm Trombocytplugg Koagulation Koagelbildning De primära blodstillningsmekanismerna stoppar bara blödningen i ett par timmar. Därför måste ett stabilt koagel också bildas. Koagelbildningen är en process där koagulationsfaktorer (I - XIII) aktiveras i en bestämd ordning. Koagulationsfaktorer = plasmaproteiner + kalciumjoner (Ca 2+ ) Koagelbildning Resultatet av aktiveringen blir fibrin (långa, klibbiga proteintrådar) som bildar ett blodlever (koagel). 8
Fibrinolys För att inte blodet ska koagulera i blodkärlen och bilda tromboser (blodproppar) finns dels ett fibrinolytiskt system, dels hämmare till koagulationsfaktorerna. Fibrinolys är det samma som nedbrytning av koagel. Proteinet antitrombin III hämmar faktor X och faktor II. Vid brist på antitrombin III behandlas patienten med antikoagulantia (Waran). Hemofili Hemofili (blödarsjuka) finns i två typer. Hemofili A Hemofili B Hemofili A och B är ärftliga sjukdomar med könsbunden recessiv arvsgång (anlag som inte dominerar). Hemofili Symtom Ledblödningar med utveckling av invaliditet Muskelhematom Anemi Näsblödningar Hematuri (blod i urinen) Hudblödningar 9
Plasma eller serum Serum = plasma koagulationsfaktorerna Leukocyter De vita blodkropparna är kärnförande celler som har olika utseende, storlek och funktion. Alla deltar dock i kroppens immunologiska försvar mot infektioner. Leukocyterna angriper mikroorganismer på olika sätt: fagocytos substansfrisättning mord Immunförsvaret Ospecifika immunförsvaret = de försvarsmekanismer som alltid fungerar på samma sätt oavsett vad som ska bekämpas. Specifika immunförsvaret = B- och T- lymfocyter känner igen och minns specifika antigener, samt bildar antikroppar. Kommunikation mellan immunsystemets alla celler sker med hjälp av cytokiner. 10
Ospecifika immunförsvaret Till det ospecifika immunförsvaret tillhör: Barriärer = hud och slemhinnor Kemiskt försvar = t ex lågt ph, nedbrytande enzymer, cytokiner och inflammationsframkallande substanser Cellulärt svar = fagocyterande celler och naturliga mördarceller (NK-celler) Komplementsystemet Komplementsystemet består av ett trettiotal proteiner i blodplasman som har förmågan att aktivera varandra i en viss bestämd ordning. Andra icke-cellulära faktorer Transferrin binder järn, som är ett viktigt näringsämne för bakterier, och försämrar därmed bakteriernas mölighet att växa. CRP (C-reaktivt protein) är ett akutfasprotein som frisätts från levern precis i början på en infektion. CRP interagerar med komplementsystemet och bidrar till att komplement identifierar patogener och skadade celler. 11
Kemiska substanser Interferoner är en typ av cytokiner som frisätts från bland annat virusinfekterade celler. De stimulerar närliggande celler att producera proteiner som hämmar vidare virusutveckling och spridning. Interleukiner är en typ av cytokiner som har många uppgifter i immunsystemet. Interleukin-1 = pyrogen Inflammationsframkallande substanser Inflammationsframkallande substanser frisätts vid alla typer av vävnadsskador. Inflammation innebär framför allt: Kärldilatation prostaglandiner, histamin och bradykinin Kapillärläckage Rekrytering av leukocyter leukotriener och cytokiner Granulocyter Eosinofiler är specialiserade på att döda parasiter genom fagocytos eller att frisätta giftiga substanser. Basofiler frisätter histamin till vävnad som exponerats för allergener. Neutrofiler är specialiserade på att fagocytera bakterier. 12
Monocyter Monocyterna bildas i benmärgen och använder sedan blodet som transportmedium ut till kroppens vävnader där de omvandlas till stora ätarceller = makrofager NK-celler Natural killer cells (naturliga mördarceller) = en typ av förstorade lymfocyter. Cellerna aktiveras av främmande antigener och av substanser från T-hjälparceller. Främsta uppgift = att döda cancerceller och virusinfekterade celler med hjälp av perforiner eller apoptos. Hud- och slemhinnebarriär Sammanfattning Makrofag eller neutrofil granulocyt fagocyterar bakterie Komplement C1 C9 NK-cell Punktering av infekterad cell eller cancercell 40 C Virusinfekterad cell Feber orsakas av interleukin-1 från makrofager och monocyter Interferoner från virusinfekterad cell motverkar spridning av virus Inflammation p g a histamin, leukotriener och prostaglandiner Tumor Rubor Dolor Calor 13
Specifika immunförsvaret I det specifika immunförsvaret deltar framför allt B-lymfocyter (antikroppsberoende försvar) och T-lymfocyter (cellulärt försvar) som finns i lymfvävnad. Lymfkärl och lymfknutor Lymfkärlens funktion är att återföra vävnadsvätska (från ISV) till vensystemet. På vägen filtreras vätskan, lymfan, genom lymfknutorna. Lymfknutorna innehåller B- och T-lymfocyter samt makrofager och dendritiska celler med antigenpresenterande förmåga. APC = antigenpresenterande celler MALT MALT = mukosaassocierad lymfvävnad MALT finns i slemhinnor hos olika organ: Mag-tarmsystemet Mjälten Tonsillerna Brässen Lungorna 14
Lymfocyter Det finns tre huvudtyper av lymfocyter: B-lymfocyter T-lymfocyter NK-celler (natural killer cells) Under fosterstadiet sker en ständig kontroll av lymfocyterna i thymus (brässen) och i benmärgen. De lymfocyter som skulle kunna förstöra kroppsegna substanser eller celler rensas bort. B-lymfocyter B-lymfocyter mognar i benmärgen och transporteras sedan till lymfkörtlar, mjälte, halsmandlar och blindtarmsbihang. Vid kontakt med antigener eller vid stimulering av cytokiner aktiveras B-lymfocyterna och börjar dela sig plasmaceller B-lymfocyter B-lymfocyternas funktioner: presentera antigen för T-lymfocyterna producera antikroppar Antigen-antikroppsbindning aktiverar B-lymfocyter som omvandlas till plasmaceller. 15
B-lymfocyter Plasmacellerna tillverkar antikroppar som smaksätter bakterien, så att fagocyter eller komplementsystemet kan döda dem. B-lymfocyterna bildar också minnesceller som kommer ihåg antigenet. Lymfocyternas förmåga att bilda minnesceller utnyttjas vid vaccinering. Antikroppar Antikroppar = proteiner med specifik förmåga att binda antigener Kallas även immunglobuliner (Ig). Det finns fem olika klasser: IgA IgD IgE IgG IgM Antikroppar IgG är den vanligaste klassen av antikroppar och utgör ungefär 75 80 % av alla immunglobuliner i serum. Fc-regionen av immunglobulinet fastnar på fagocyten och tillåter därmed fagocytos av antigen-antikroppskomplexet (samt kan fixera komplement). 16
Antikroppar IgA bildas framför allt i mag-tarm-kanalens lymfatiska vävnad och finns som dimer i körtelsekret och på slemhinnor samt som monomer i serum. IgA finns också i hög koncentration i modersmjölken. Monomer Dimer Antikroppar IgM är den största av immunglobulinerna (pentamer) och utgör 7 10% av alla immunglobuliner i serum. IgM bildas snabbare än de andra immunglobulinerna och kan på grund av sin struktur binda många antigener samtidigt. Antikroppar IgE-antikropparna binder bland annat basofila granulocyter och mastceller. Deras egentliga funktion är att skydda mot mask- och parasitinfektioner, men är alltså även involverade när en allergisk (hypersensitiv) reaktion uppstår. 17
Immunisering Immunisering innebär att antikroppar bildas mot specifika antigener. Immunisering kan åstadkommas både aktivt och passivt. Aktiv immunisering Aktiv immunisering innebär att kroppen själv utvecklar att immunologiskt skydd mot ett specifikt antigen. Detta kan kroppen göra vid infektion eller vid vaccination. Passiv immunisering Humana antikroppar tillförs, t ex gammaglobulin (ospecifikt immunglobulin mot t ex hepatit A och mässling). Autoimmunitet Endogent producerade antikroppar skadar kroppsegna molekyler, celler eller vävnader. 18
T-lymfocyter T-lymfocyter mognar i thymus (eller i tonsillen bakom näsan och i tunntarmen) och utvecklas där till antingen T-hjälparceller eller T-mördarceller. T-hjälparceller T-hjälparceller aktiveras när cellmembranet förändras efter att APC eller B-lymfocyter placerat en del av mikroorganismens antigen (epitop) på ytan tillsammans med en MHCmolekyl. De hjälper B-lymfocyter att nyproducera antikroppsproducerande plasmaceller samt medverkar vid utvecklingen av aktiva T-mördarceller och bildningen av minnesceller. T-mördarceller T-mördarcellerna är specialiserade på att direkt döda t ex virusinfekterade celler och cancerceller. Aktivering sker då epiop och MHC-molekyl uppvisas på den främmande cellens yta. T-mördarcellerna dödar den infekterade cellen genom perforering av cellmembranet eller omprogrammering av offrets arvsmassa apoptos 19