防禦系統(I) -非專一性防禦力


緒 論
目前已知不論何種生物,從分化上簡單如細菌到複雜如人類均具有保護自身免於消滅的生理反應,即防禦反應。一般可依據參與防禦的"部隊"是否具有鎖定"敵人"的能力,將防禦反應分成專一性(specific)和非專一性(nonspecific)防禦力兩大類。在動物界中所有的生物都具有簡單至複雜不一的非專一性防禦力;而目前所知具有專一性反應的動物是含魚類以上的所有脊椎動物。由第三~第六單元,將分別介紹防禦系統(主要以人為例)中的組成成員及它們之間互相作用的機制
非專一性防禦力為生物體最基本抵抗疾病的能力,又稱為天生的免疫力(innate immunity)。此免疫力具有四種防禦性屏障(barriers),分別為物理性及結構性(anatomic) 屏障、生理性屏障、吞噬性屏障及發炎反應所造成的屏障。在介紹上述四種屏障前,我們應先對參與所有防禦反應的成員有所認識。


白血球細胞(white blood cells, WBC)的分類和作用
人類的血液中,除了負責運送氧氣的紅血球外,即為大家熟知具有防禦力並通稱為白血球的血球細胞。白血球細胞依據形狀、大小與是否含有顆粒,可以區分為成五種且功能各異,包括:
1.嗜中性球:在人體血液內含量最多的一種白血球,並且是主要的非專一性作用細胞(nonspecific effector cells),表示此類細胞能在一發現入侵者時立即進行消滅。除巨噬細胞外,它為人體受到細菌感染後最重要的吞噬細胞;細菌感染通常會使骨髓堛熄搕予妦y產量增加。當醫生對病患抽血檢查後,表示因白血球的增加而診斷病患受到細菌感染,通常所指的是嗜中性球的數量增加。
2.嗜酸性球:目前已知此種血球功能為幫助調節變態反應的嚴重程度及吞噬及殺死可能感染人體的寄生蟲。
3.嗜鹼性球:在人體白血球中含量最少的一種。此種血球與"肥大細胞"家族是親戚,它們含有"組織銨"(histamine),此化學物會引發過敏反應。當人暴露在能引起過敏反應的物質(即過敏原,如花粉、灰塵等)時,此兩種細胞會受次激而釋放出組織銨。
4. 單核球/巨噬細胞:單核球在骨髓內成長非常快速,成熟後先送入血液,再由血液移至身體各組織深處。在移動期間會進一步的成長與分化。因此,在進入組織後它們已轉化成另一種白血球,稱之巨噬細胞。巨噬細胞體積龐大,"食量"驚人。它們在非專一性免疫力中扮演吞噬與殺死經過組織的細菌,並能吃掉該組織中壞死及老化的細胞。此外,巨噬細胞在專一性免疫作用中所扮演的"抗原呈現"的角色,對人體的抗病力表現極為重要(詳述於第四單元)。
5. 淋巴球:主要參與專一性防禦反應,大致分成二類。其一,能產生抗體參與體液性反應的B細胞;此種細胞在骨髓中由幹細胞分化而來,成熟後,送至脾臟與淋巴結堙A等待"行動命令"。另一種是參與細胞性防禦的T細胞;"T"是胸腺(thymus)的第一個英文字母,表示此種細胞的成熟是在胸腺中進行;成熟後的T細胞再分配到脾臟或淋巴結堙C依據分化成不同防禦功能的細胞可再細分之(詳述於第四單元)。淋巴球中另有一種稱為自然殺手細胞(natural killer cells);此種細胞是B與T細胞的親戚,但參與的為非專一性防禦反應,主要攻擊的目標是癌細胞和被病毒感染的細胞,在人體中被認為是一重要的疾病監視成員。
所有的白血球細胞都具有三個共同的特點:第一,每種細胞均具有一個核;第二,每種細胞都具有一個免疫作用;第三,所有的細胞都來自同一個"母親",即位於骨髓中的幹細胞(stem cell)。此外,不論各種白血球的特異功能為何,白血球(非所有)可歸納出三個基本作用:第一,吞噬及殺死外來入侵者;第二,釋放出對免疫功能非常重要的化學物質;第三,各細胞之間相互控制作用情形。


 


天生的免疫力(innate immunity)

1. 宿主免疫:某些特殊病原體對不同「種」的動物所引起疾病的能力差異很大。對特定疾病具有免疫力,或亦受其他疾病感染的特性,維生物體天生的性質,可能由許多複雜且互相依賴的不同因素所影響。「種」間在生理的表現和營養的需求的差異,在解剖上的差異、及組織表面受器的差異等,均對免疫力的表現非常重要。
2. 年齡:此因素對宿主遭受疾病侵犯非常重要。一般而言,對幼小孩童及老年人,疾病的發生比較普遍。
3. 壓力:壓力會使正常的健康人易於罹患疾病,雖然對其原因尚未完全了解,但已有許多小鼠和大鼠實驗證明,疲勞、努力過度、飲食不良、脫水或劇烈的溫度變化等,都會提高疾病的發生率。目前已有一些實驗證明,激素(或稱賀爾蒙)和免疫系統間的相互作用,可能在壓力緊張所引起的疾病中,扮演重要角色。
4. 飲食:幾世紀以來,人類一直知道飲食與疾病有著非常密切的關係。例如,飲食會改變正常菌叢,造成的疾病有脹氣、蛀牙等。
5. 解剖上的防禦 (anatomic defense):防止病原體進入生物體造成感染的第一道防線。

主要包括:
(1) 皮膚:表皮層、真皮層
皮脂腺會分泌脂肪酸和乳酸,使皮膚呈酸性而抑制或減緩細菌生長的速度。
(2) 黏膜層:位於生殖泌尿道及呼吸道等處,不僅覆蓋一層乾性具有保護作用的皮膚,且具有黏膜層,組成表皮的外層及結締組織的基層。此黏膜層具有許多防止病原體進入生物體的機制,例如:唾液、眼淚及黏液分泌物能將潛伏性侵入體(invaders)沖洗掉,這些液體中也含有殺菌或殺病毒物質。此外,表皮層細胞會分泌一種液體稱之黏液(mucus),會捕捉外來微生物。在下呼吸道及腸胃道的黏膜層覆蓋有纖毛(cilia),會同時擺動而將被黏液捕捉的微生物由這些通道中移除。但是,有些生物會演化出一些方式來逃脫宿主的此種防禦力,例如:感冒流行病毒的表面具有一種分子,能幫助病讀有力地吸附在黏膜細胞,不易被去除。
6. 生理性的防禦:
(1) 溫度:發燒會影響某些病原菌的生長
(2) 酸鹼度(pH值):胃酸
(3) 氧壓
(4) 各種可溶性因子:溶解酵素(lysozyme)、干擾素(interferons)、補體(complements)等。
(5) 吞噬作用:吞噬細胞會被侵入的細菌引起趨化作用,使大量的吞噬細胞集中在感染部位的附近,捕食細菌進入細胞內,形成吞噬體,進而將細菌分解和殺死

(6) 補體系統:此系統為人類天生具有能辨識外來生物細胞的非專一性防禦工具。此系統的作用由許多存在於血清中的物質共同完,進行的反應包括:(1)細菌溶解作用、(2)微生物的致死作用、(3) 進行調理作用、(4) 促進吞噬作用及(5)幫助發炎反應的進行。

(7) 發炎反應:當組織受傷且外來生物侵入宿主組織後,一些化學誘導物(如組織銨等)會由宿主的組織細胞或侵入物產生而引起一連串複雜的反應,稱之發炎反應。反應發生包括三項主要作用,即血管擴張、增加微血管的通透性(permeability)、和吞噬細胞的滲出。最後,吞噬細胞會聚集在感染處吞吃侵入物(如細菌),並放出溶解酵素,會傷害附近的健康細胞,進而造成組織的損傷。發炎處的典型癥兆為"紅、腫、熱、痛"。