Komponenty nieswoistej (wrodzonej) odpowiedzi immunologicznej stanowią pierwszą linię obrony organizmu przeciwko ogółowi szkodliwych antygenów. Są one starsze filogenetycznie oraz mniej precyzyjne niż elementy odpowiedzi swoistej (nabytej). Komórki wrodzonego układu odpornościowego zaangażowane w obronę organizmu to: komórki żerne, komórki dendrytyczne, tuczne oraz naturalne komórki cytotoksyczne. W reakcji na obecność mikroorganizmów wydzielają one mediatory wzmagające proces zapalny. Wszystkie elementy nieswoistej odpowiedzi immunologicznej komunikują się ze sobą i dzięki współpracy ze sobą niszczą chorobotwórcze patogenyy. Wiele komórek należących do układu odpornościowego posiada zdolność prezentowania antygenów i pobudzania dwóch głównych komponentów odpowiedzi swoistej – limfocytów T oraz B. Dwa rodzaje odporności, oddziałując na siebie wzajemnie, zapewniają zachowanie dobrej kondycji zdrowotnej.
1. Komponenty anatomiczne
Oprócz komórek układu odpornościowego i wydzielanych przez nie mediatorów takich jak cytokiny, struktury anatomiczne ludzkiego ciała również stanowią jedną z form odporności niespecyficznej.
1.1. Bariery fizyczne
Powierzchnia skóry tworzy barierę fizyczną, która jest nieprzepuszczalna dla większości czynników zakaźnych. Proces złuszczania naskórka dodatkowo pomaga pozbyć się bakterii oraz innych cząsteczek, które do niego przywarły. Barierę dla mikroorganizmów stanowi też nabłonek wyściełający układ oddechowy, moczowo-płciowy oraz pokarmowy. Nabłonek dróg oddechowych wyposażony jest w rzęski, których ruch ułatwia pozbywanie się mikroorganizmów.
1.2. Wydzieliny
Czynniki wydzielane przez komórki ludzkiego ciała stanowią kolejny komponent nieswoistej odpowiedzi immunologicznej. Lizozym oraz fosfolipazy, które znajdują się w łzach, ślinie i wydzielinie jamy nosowej, mogą destabilizować błonę komórkową bakterii. Komórki nabłonkowe wydzielają śluz, którego składnikiem jest mucyna. Zapobiega ona przyleganiu mikroorganizmów do powierzchni nabłonka. Samo przemywanie nabłonków łzami, śliną i moczem chroni przed adhezją patogenów. Dodatkowo we łzach i ślinie znajdują się przeciwciała IgA, które również chronią przed przyleganiem bakterii. Komórki nabłonka układu oddechowego i pokarmowego oraz komórki żerne produkują peptydy o właściwościach antybakteryjnych. Są to na przykład cekropiny, magaininy i defensyny. Odpowiednio niskie pH w żołądku, warunkowane przez kwas solny, również chroni przed rozwojem mikroorganizmów spożytych z pokarmem.
1.3. Mikrobiota
Skóra, jama ustna, drogi rozrodcze oraz układ pokarmowy zasiedlone są przez bakterie, które nie są patogenne. Stanowią one barierę ochronną przeciwko bakteriom chorobotwórczym. Kolonizując różne obszary ludzkiego ciała przeciwdziałają zasiedleniu się innych, szkodliwych organizmów. Kolicyny oraz krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe wydzielane przez mikroorganizmy w jelitach działają szkodliwie na inne bakterie. Symbiotyczne bakterie, takie jak rodzaj Lactobacillus, utrzymują niskie pH w pochwie, przeciwdziałając rozwojowi innych drobnoustrojów.
Odporność nieswoista rozpoznaje wzorce wspólne dla całych grup drobnoustrojów, a nie pojedyncze osobniki. Stąd jej szybkość.
Ostry odczyn zapalny to rozszerzenie naczyń, wysięk, napływ komórek i pobudzenie zakończeń bólowych — cztery zmiany naraz.
2. Komponenty komórkowe
2.1. Komórki żerne
Do grupy wyspecjalizowanych komórek żernych (fagocytów) należą dwa główne typy komórek: neutrofile i makrofagi. Inna nazwa neutrofili to leukocyty polimorfonuklearne (PMN) lub granulocyty obojętnochłonne. Ich cechą charakterystyczną jest segmentowane jądro komórkowe oraz ekspresja cząsteczki CD66 na błonie komórkowej. Neutrofile zawierają dwa typy ziarnistości, a ich składniki posiadają właściwości antybakteryjne. Pierwsze z nich to ziarnistości azurofilne, inaczej nazywane ziarnistościami pierwotnymi, które zawierają m.in. defensyny o właściwościach podobnych do antybiotyków. Drugie to ziarnistości drugorzędowe. Zawierają one lizozym oraz komponenty oksydazy NADPH, które zaangażowane są w produkcję toksycznych wolnych rodników.
Makrofagi (monocyty) to komórki fagocytarne, posiadające charakterystyczne jądro o nerkowatym kształcie. W przeciwieństwie do PMN nie zawierają ziarnistości. Posiadają natomiast lizosomy, których składniki pełnią funkcje podobne do składników ziarnistości. Część tych komórek posiada zdolność ruchu ameboidalnego. Poza tym przetwarzają i prezentują antygeny na swojej powierzchni. Makrofagi przyjmują różne formy w obrębie tkanek organizmu i z tego względu są różnie nazywane (histiocyty, komórki Kupffera, mikroglej i inne).
Komórki żerne posiadają receptory dla czynników chemotaktycznych wydzielanych przez bakterie oraz składniki układu dopełniacza. Ruch komórki żernej w stronę drobnoustroju rozpoczyna wieloetapowy proces fagocytozy. Po przyłączeniu bakterii do odpowiednich receptorów na powierzchni komórki dochodzi do wpuklenia błony komórkowej. Mikroorganizm zostaje zamknięty w pęcherzyku nazywanym fagosomem. Do fagosomu przyłączają się ziarnistości lub lizosomy komórki żernej. Uwolnione z nich enzymy trawią pochłonięty mikroorganizm, prowadząc do jego śmierci.
2.2. Komórki tuczne
Komórki tuczne (mastocyty) powstają w szpiku kostnym i w niedojrzałej formie uwalniane są do krwioobiegu. Proces dojrzewania przechodzą dopiero po dotarciu do tkanek obwodowych. Fenotyp komórek tucznych jest zróżnicowany, plastyczny i zależny od sygnałów otrzymywanych od limfocytów, fibroblastów oraz innych elementów układu odpornościowego. Mastocyty posiadają liczne ziarnistości, których składnikiem jest m.in. histamina oraz heparyna. Uczestniczą w obu typach odpowiedzi immunologicznej przeciwko bakteriom i pasożytom. Komórki tuczne są aktywowane w wyniku związania elementów układu dopełniacza lub krzyżowego wiązania ich receptorów przez przeciwciała IgE i alergeny. Dodatkowym czynnikiem pobudzającym mastocyty są lektyny, występujące w niektórych owocach. Efektem związania wymienionych cząsteczek jest natychmiastowe uwolnienie ziarnistości wewnątrzkomórkowych, co prowadzi do rozwoju ostrej odpowiedzi zapalnej. Mastocyty znane są głównie z roli, jaką odgrywają w alergii oraz anafilaksji. Wskazuje się również na ich funkcję w rozwoju wielu chorób autoimmunologicznych, w tym w zapaleniu stawów.
2.3. Komórki dendrytyczne
Komórki dendrytyczne mają wiele wypustek błonowych, które zapewniają im skuteczną interakcję z innymi komórkami układu odpornościowego. Należą do grupy komórek prezentujących antygen. Występują licznie w skórze, węzłach chłonnych, śledzionie, jak i w większości tkanek organizmu. Po wchłonięciu antygenu komórki dendrytyczne dojrzewają. Podczas tego procesu dochodzi do wzmożonego przetwarzania antygenu, indukcji cząsteczek głównego układu zgodności tkankowej oraz do produkcji cytokin. Komórki dendrytyczne rozpoznają antygeny poprzez niespecyficzne receptory, przetwarzają je i prezentują limfocytom T. Uważa się, że działają na styku odporności wrodzonej oraz nabytej. Dojrzewające komórki dendrytyczne, wydzielając cytokiny, są zdolne do aktywacji limfocytów B, komórek NK oraz pobudzania innych komórek wrodzonego układu odpornościowego.
2.4. Naturalne komórki cytotoksyczne (NK)
Naturalne komórki cytotoksyczne (NK, ang. natural killer cells) to duże ziarniste limfocyty. W odróżnieniu od limfocytów B oraz T nie wykazują ekspresji specyficznych receptorów dla konkretnych antygenów. Komórki NK zaangażowane są w usuwanie zarażonych komórek oraz niektórych komórek nowotworowych. Ich działanie warunkuje obecność receptorów aktywujących cytotoksyczność (KAR, ang. killer activation receptors) oraz receptorów hamujących (KIR, ang. killer inhibitory receptors). Dodatkowo na ich powierzchni znajdują się receptory dla fragmentu Fc przeciwciał klasy IgG. Komórki NK mogą zabić zainfekowane oraz zmienione komórki poprzez uwalnianie z granul perforyn oraz granzymów. Wnikając przez przedziurawioną błonę komórkową, granzymy indukują apoptozę. Dodatkowo działają przez cząsteczki efektorowe, takie jak czynnik martwicy nowotworów (TNF, ang. tumor necrosis factor), ligand związany z czynnikiem martwicy nowotworów indukującym apoptozę (TRAIL, ang. TNF-related apoptosis inducing ligand) oraz FasL będący ligandem dla cząsteczki Fas na powierzchni zakażonej komórki. W stanie aktywacji komórki NK intensywnie produkują chemokiny oraz cytokiny, włączając w to INF-γ oraz interleukinę 10 (IL-10).
2.5. Inne komórki
Inne komórki zaangażowane w obronę organizmu przeciw szkodliwym patogenom to: eozynofile, bazofile, erytrocyty oraz płytki krwi.
Eozynofile (granulocyty kwasochłonne) należą do grupy ziarnistych leukocytów i występują w niewielkiej ilości w krwiobiegu. Posiadają zdolność do fagocytozy mikroorganizmów, jednak jest ona znacznie ograniczona w porównaniu do komórek żernych. Główną rolą eozynofilii jest uczestnictwo w procesie zabijania pasożytów. Z ziarnistości eozynofilii uwalniane są peroksydazy i inne związki, w tym główne białko zasadowe zabijające pasożyty. Bazofile, które również należą do grupy ziarnistych leukocytów, to granulocyty zasadochłonne. Pod względem wyglądu i pełnionych funkcji przypominają komórki tuczne. Związane są z rozwojem reakcji alergicznej i uczestniczą w obronie organizmu po pojawieniu się pasożytów.
Płytki krwi gromadzą się w miejscu uszkodzenia naczynia krwionośnego. Aktywowane są również przez pasożyty opłaszczone przeciwciałami. Uwalniane przez nie mediatory prowadzą do uaktywnienia układu dopełniacza, a następnie do zgromadzenia leukocytów w miejscu bytowania pasożyta. Z kolei erytrocyty posiadają receptory powierzchniowe dla cząsteczek układu dopełniacza przyłączonych do kompleksów antygen-przeciwciało. Wiążą je i transportują do wątroby. Tam kompleksy immunologiczne zostają uwolnione, a następnie są fagocytowane przez komórki Kupffera.
Fagocytoza przebiega w pięciu krokach: rozpoznanie, otoczenie, zamknięcie w pęcherzyku, strawienie i usunięcie resztek.
3. Komponenty humoralne
3.1. Układ dopełniacza
Układ dopełniacza (nazywany też układem komplementu) należy do najstarszych mechanizmów odporności nieswoistej. W większości przypadków aktywowany jest przez przeciwciała na drodze klasycznej. Może zostać również pobudzony przez składniki błony komórkowej bakterii na drodze alternatywnej. Układ dopełniacza obejmuje grupę około 30 białek surowicy i płynów tkankowych, choć nowsze prace wskazują na większą liczbę cząsteczek należących do tej grupy.
Główna cząsteczka tego układu to składnik C3. Jej przemiana w C3a i C3b katalizowana przez konwertazę C3 stanowi najważniejszy etap w aktywacji całego układu dopełniacza. Przy odpowiednim pobudzeniu składniki komplementu reagują między sobą. Ta kaskada molekularna prowadzi w ostateczności do lizy drobnoustrojów. Do głównych funkcji układu dopełniacza należy: opsonizacja mikroorganizmów, chemotaksja komórek o właściwościach żernych, bezpośrednia liza komórek bakteryjnych i wirusów oraz inicjacja ostrej reakcji zapalnej poprzez bezpośrednią aktywację komórek tucznych. Układ dopełniacza regulowany jest poprzez białka o aktywności hamująco-regulacyjnej. Chroni to komórki organizmu przed zniszczeniem lub uszkodzeniem, gdy układ dopełniacza zostanie aktywowany.
3.2. Białka ostrej fazy
Białka ostrej fazy stanowią heterogenną grupę białek osocza. Pełnią one ważną rolę w obronie organizmu przeciwko mikroorganizmom. Do grupy tej należą: białko C-reaktywne (CRP, ang. C-reactive protein), surowiczy amyloid A (SAA, ang. serum amyloid protein A) oraz białko wiążące mannozę (MBP, ang. mannose binding protein). Wszystkie one wytwarzane są w wątrobie w odpowiedzi na cytokiny uwalniane przez makrofagi i komórki NK. Główne funkcje tych białek to wzmaganie aktywacji dopełniacza, opsonizacja patogenów oraz przeciwdziałanie uszkodzeniom tkanek spowodowanych przez infekcje, nowotwory i inne choroby.
3.3. Interferony
Interferony należą do rodziny α-helikalnych cytokin, które początkowo zostały zidentyfikowane poprzez ich zdolność do hamowania infekcji wirusowych. Początkowo wyróżniano dwa typy interferonu: typ I (INF-α i -β) oraz typ II (INF-γ). Obecnie wyróżnia się również trzecią grupę – IFN-λ. Interferony typu I zapobiegają rozwojowi infekcji wirusowych poprzez hamowanie replikacji DNA. Wzmagają ekspresję cząsteczek MHC klasy I oraz indukują aktywację komórek NK. Podczas infekcji poziom tych cząsteczek we krwi znacznie wzrasta. INF-γ odgrywa główną rolę w aktywacji makrofagów zarówno w swoistej, jak i nieswoistej odpowiedzi immunologicznej. Interferon typu III, opisywany także jako interleukina 28/29, wywołuje podobny efekt biologiczny do INF-α i -β, czyli chroni organizm przed wirusami. Inne funkcje tej grupy interferonów są wciąż badane.
3.4. Laktoferyny i transferyny
Zarówno laktoferyny, jak i transferyny posiadają zdolność wiązania jonów żelaza, które są niezbędne do rozwoju bakterii. Laktoferyny znajdują się w wielu wydzielinach, takich jak mleko, ślina, łzy czy wydzielina z jamy nosowej. Oprócz tego produkowane są w ziarnistościach PMN. Transferyna również znajduje się w wielu wydzielinach ciała. Obie grupy białek, wiążąc jony żelaza, hamują wzrost bakterii.
3.5. Kolektyny
Kolektyny należą do grupy białek posiadających zdolność wiązania węglowodanów i stanowią ważny składnik wrodzonej odpowiedzi immunologicznej. Pełnią one rolę opsonin. Na powierzchni makrofagów, komórek nabłonka dróg oddechowych i pokarmowych znajdują się ich receptory. Do grupy kolektyn należą białka wiążące mannozę, które mają zdolność aktywowania układu dopełniacza na drodze klasycznej, czego efektem jest uruchomienie odpowiedzi zapalnej, litycznej i fagocytarnej.
4. Ostra odpowiedź zapalna
W wyniku uwalniania mediatorów zapalenia z bakterii, uszkodzonych tkanek oraz przez komórki układu odpornościowego dochodzi do rozwinięcia ostrej odpowiedzi zapalnej. Mediatory zapalenia są odpowiedzialne za obrzęk tkanek, świąd i ból. W procesie tym uczestniczą głównie komórki tuczne oraz neutrofile, ale także makrofagi, bazofile, eozynofile i limfocyty.
Podczas ostrej odpowiedzi zapalnej dochodzi do intensywnej produkcji mediatorów zapalenia, takich jak cytokiny prozapalne (IL-1, IL-6, IL-12, IL-18, TNF-α, INF-γ), trombiny czy histaminy. W konsekwencji ekspresja cząsteczek adhezyjnych na powierzchni komórek śródbłonka naczyń jest zmieniona. Cząsteczki te zaangażowane są w przechodzenie komórek układu odpornościowego z naczyń do miejsca objętego chorobą. Dochodzi do wytworzenia nacieku naczyniowego z granulocytów obojętnochłonnych i/lub mastocytów. Znaczący udział odpowiedzi nieswoistej w odczynie zapalnym polega na wywołaniu stresu oksydacyjnego i wydzielaniu enzymów proteolitycznych, biorących udział w likwidacji antygenu.
Po usunięciu przyczyny stan zapalny ulega wygaszeniu. W tym procesie biorą udział inhibitory cytokin prozapalnych. Zaliczane są do nich rozpuszczalne receptory, cytokiny przeciwzapalne (IL-4, IL-10, TNF-β), składniki układu krzepnięcia oraz glikokortykosteroidy. Procesy naprawcze uruchamiane są po neutralizacji stanu zapalnego przez cząsteczki przeciwzapalne.