Immuunijärjestelmä

Elimistön puolustusjärjestelmä eli immuunijärjestelmä suojelee elimistöä taudinaiheuttajilta kuten viruksilta, bakteereilta ja syöpäsoluilta. Se pyrkii tunnistamaan ja tuhoamaan myös elimistöön kulkeutuneet vierasaineet.

Neutrofiili (keltainen) ympäröimässä pernaruttobakteereja (oranssi). Kuva otettu elektronimikroskoopilla.

Immuunijärjestelmän toimintaa ei tunneta vielä täysin. Erään teorian mukaan nimenomaan patogeenien aiheuttamat kudosvauriot johtaisivat immuunijärjestelmän heräämiseen. Immuunijärjestelmän toiminnan sivutuotteena saattaa lisäksi syntyä yhtä paljon kudosvaurioita kuin patogeenit ehtivät aiheuttaa. Kudosvauriot saattavat johtaa jopa siihen, että muutoin vaarattomat normaaliflooran mikrobit tunkeutuvat soluihin ja alkavat vaurioittaa niitä.

Ihmisen immuunijärjestelmään kuuluvat imusuonisto, imusolmukkeet, kateenkorva, perna, ohutsuolessa olevien sykkyräsuolien alueet (ns. Peyerin levyt), kitarisat, umpisuoli ja punainen luuydin. Puolustusjärjestelmä voidaan jakaa luonnolliseen eli synnynnäiseen vastustuskykyyn (engl. innate immunity) ja hankittuun eli adaptiiviseen vastustuskykyyn (engl. adaptive immunity).

Suurin osa immuunijärjestelmän soluista syntyy ja kypsyy luuytimessä. Immuunipuolustukseen erikoistuneet solut tuottavat verenkiertoon vasta-aineita, jotka auttavat tekemään elimistöön tunkeutuneet haitta-aineet ja eliöt vaarattomiksi kiinnittymällä niiden pintaan.

Verenkierron kuljettamat imusolut eli lymfosyytit osallistuvat immuunipuolustukseen tuhoamalla tunkeilijoita.

Myös LDL-kolesteroli osallistuu immuunijärjestelmän toimintaan inaktivoimalla mikrobeja ja niiden erittämiä haitta-aineita. Suolistomikrobit puolestaan totuttavat elimistöä muihin mikrobeihin ja tehostavat puolustusjärjestelmän toimintaa. Niiden avulla elimistömme oppii erottamaan ystävälliset mikrobit taudinaiheuttajista, ja mikrobiston muodostama tiheikkö estää taudinaiheuttajia asettumaan aloilleen.

Kolmas immuunipuolustuksen toimintatapa liittyy ravintoaineisiin, minkä vuoksi sitä kutsutaan ravinnepuolustukseksi (engl. nutritional immunity). Ravinnepuolustus taistelee taudinaiheuttajia vastaan estämällä niitä saamasta elintärkeitä siirtymämetalli-ioneja kuten rautaa, sinkkiä tai mangaania. Esimerkiksi paikallisesti kohonneet sinkkipitoisuudet parantavat makrofagien ja neutrofiilien kykyä taistella nenänielun limakalvojen pneumokokkeja vastaan. Myös sinkin kuljettaminen solujen sisään saattaa parantaa makrofagien ja neutrofiilien kykyä taistella bakteereja vastaan.

Maalla asuvilla on havaittu olevan taajamissa asuvia terveempi immuunipuolustus. Maaperästä ihoon, hengitysteihin ja suolistoon siirtyneet saprofyyttimikrobit stimuloivat ihmisen immuunijärjestelmää.

Naisilla on miehiä vahvempi synnynnäinen ja hankittu immuunivaste. Heillä on tästä johtuen 80 prosenttia suurempi todennäköisyys sairastua autoimmuunisairauteen, ja miehillä taas on lähes kaksinkertainen todennäköisyys kuolla pahanlaatuiseen syöpään.

Immuunijärjestelmän toiminta heikkenee ihmisen vanhetessa.

Termi ”immuuni” on peräisin latinan kielen adjektiivista immunis eli ’vapaa jostakin’.

Neutrofiilit

Neutrofiili on immuunipuolustuksen yleisin valkosolutyyppi. Neutrofiilit voivat liikkua vapaasti kehon eri kudoksiin. Niiden päätehtävänä on reagoida akuuttiin kudosvaurioon tulehdusvasteella. Neutrofiilien tuottama tulehdusvaste tarkoittaa sitä, että ne tuhoavat kehoon tunkeutuneet mikrobit sekä vaurioituneen kudoksen syömällä^selvennä ne.

Neutrofiilien epänormaalin pieni määrä veressä eli neutropenia altistaa bakteeri-infektioille kuten korva-, poskiontelo- ja ientulehdukselle tai paiseille sekä keuhkokuumeelle taikka johtuu niistä. Neutropenia voi johtua myös liian rankasta urheilusta, korkeasta stressitasosta ja tupakoinnista, tiettyjen lääkkeiden käytöstä, eräistä virustaudeista, kemoterapiasta, sädehoidosta, verisairauksista kuten leukemiasta, vaikeasta aplastisesta anemiasta, luuytimeen vaikuttavista sairauksista taikka Fanconin anemian ja Shwachman-Diamondin oireyhtymän kaltaisista perinnöllisistä sairauksista. Neutrofiilien (B-Neut) viitearvo on aikuisilla 1,5–6,7 × E9/l. Neutrofiilien suhteellinen osuus kaikista leukosyyteista on aikuisilla normaalisti 40–80 prosenttia.

Luonnollinen vastustuskyky

Luonnollinen eli synnynnäinen immuunijärjestelmä tarkoittaa kaikkea sitä, millä elimistö torjuu mikrobeja nopeasti ja erittelemättä. Synnynnäinen vastutuskyky toimii tehokkaasti etenkin lapsilla.

Synnynnäiseen vastustuskykyyn kuuluvat komplementti, syöjäsolut eli fagosyytit, granulosyytit eli basofiilit, eosinofiilit ja neutrofiilit, syöttösolut, luonnolliset tappajasolut sekä edellämainittujen solujen tuottamat välittäjäaineet. Myös terve, ehjä iho ja limakalvot, elimistön eritteet, kuten hiki, kyynelneste, sylki ja ruoansulatusentsyymit, sekä ihon ja limakalvojen normaalifloora kuuluvat synnynnäiseen vastustuskykyyn. Myös elimistön tuottama tulehdusreaktio kuuluu synnynnäiseen immuunijärjestelmään. Kudosten yleispuolustuskeinoja ovat pintakudos, limakalvo, matala pH sekä tietyt entsyymit ja eritteet. Luonnollinen vastustuskyky ei muodosta muistijälkiä, joten se reagoi aina samalla tavalla elimistöön kohdistuvia hyökkäyksiä vastaan. Luonnollinen vastustuskyky on yleensä ensimmäinen taudinaiheuttajien kohtaama puolustusjärjestelmä, joten sen tarkoituksena on reagoida nopeasti. Luonnollisen vastustuskyvyn osat tunnistavat vieraita molekyylirakenteita vain karkeasti. Ne pystyvät esimerkiksi erottamaan tietyt bakteerien soluseinän rakenteet, sokerirakenteet ja lipopolysakkaridit elimistön omien kudosten rakenteista.

Hankittu vastustuskyky

Imusolu

Hankittu eli adaptiivinen vastustuskyky on selkärankaisilla esiintyvä, synnynnäistä vastustuskykyä tehokkaampi ja hienovaraisempi järjestelmä, jonka pääpiirre on taudinaiheuttajien ”muistaminen”.

Ihminen saa osan hankitusta vastustuskyvystä jo kohdussa. Äidin verestä sikiöön siirtyneet immunoglobuliinit eli vasta-aineet suojaavat tätä vielä monta kuukautta syntymän jälkeen. Esimerkiksi äidin lapsuudessa sairastaman vesirokon synnyttämä immuniteetti suojaa lasta sairaudelta. Äidinmaito sisältää lisäksi etenkin IgA-vasta-aineita, jotka peittävät suoliston seinämät tuhoten bakteereita vielä monta tuntia imetyksen jälkeen.

Hankittu vastustuskyky perustuu B-solujen tuottamiin vasta-aineisiin ja T-soluihin, joita on kahdentyyppisiä: tappaja-T-soluja ja auttaja-T-soluja. B- ja T-solut ovat imusoluiksi eli lymfosyyteiksi kutsuttuja erikoistuneita valkosoluja. Litra terveen ihmisen verta sisältää noin 3,4–8,2 miljardia valkosolua.

Lymfosyyteillä on kyky tunnistaa elimistöön kulkeutuneita vieraita rakenteita antigeenireseptorinsa avulla. B-solut tuottavat aktivoiduttuaan vasta-aineita eli immunoglobuliineja. T-lymfosyytit vastaavat soluvälitteisestä immuniteetista.

B-soluihin perustuvaa puolustusjärjestelmää kutsutaan vasta-ainevälitteiseksi eli humoraaliseksi vastustuskyvyksi ja T-soluihin perustuvaa järjestelmää soluvälitteiseksi vastustuskyvyksi.

Kun hankittu puolustusjärjestelmä kohtaa uuden antigeenin eli vierasperäisen rakenteen, se muodostaa kyseiseen rakenteeseen erikoistuneita muistisoluja. Jos sama taudinaiheuttaja hyökkää uudestaan elimistön kimppuun, muistisolut aktivoituvat ja tuhoavat sen aiempaa nopeammin. Tätä kutsutaan immunologiseksi muistiksi. Jokaiselle ihmiselle ja eläimelle muodostuu näin elämän myötä yksilöllinen puolustusjärjestelmä.

Ykkös- ja kakkostyypin immuunivaste

Ykköstyypin immuunivaste suojaa useimmilta taudinaiheuttajilta lukuun ottamatta suuria eukarioottisia taudinaiheuttajia kuten ihon alla ja limakalvoilla elävät loiset, joita vastaan kakkostyypin immuunipuolustus on kehittynyt taistelemaan. Ykköstyypin t-auttajasolut (th1-solut) stimuloivat ykköstyypin immuunivastetta erittämällä interleukiini kakkosta, gammainterferonia ja lymfotoksiini alfaa. Kakkostyypin auttajasolut (th2-solut) stimuloivat kakkostyypin immuunivastetta erittämällä interleukiini nelosta, viitosta, yhdeksää, kymmentä ja kolmeatoista.

Vakava-asteinen systeeminen stressi, immuunipuutos tai liian suurelle mikrobimäärälle altistuminen siirtää immuunijärjestelmän normaalista ykköstyypin vasteesta kohti soluvälitteistä tulehdusta stimuloivaa kakkostyypin vastetta. Antimikrobinen kemoterapia ja sytokiinihoito auttavat tällöin elimistöä sammuttamaan soluvälitteisen tulehduksen.

Tehtävä

Oikein toimiessaan puolustusjärjestelmä tuhoaa valkosolujen vasta-aineiden avulla elimistöön tunkeutuneet taudinaiheuttajat. Puolustusjärjestelmä myös muistaa torjumansa taudinaiheuttajat erityisten muistisolujen avulla, minkä ansiosta aikaisemmin kohdattujen taudinaiheuttajien aiheuttamat tartunnat saadaan seuraavilla kerroilla torjuttua nopeammin ja torjuttuja taudinaiheuttajia vastaan kehittyy immuniteetti (ks. vesirokko). Myös rokotteet perustuvat muistisolujen toimintaan. Osa taudinaiheuttajista voi kiertää puolustusjärjestelmän muistin geenimuutosten avulla. Immuunijärjestelmä ei välttämättä tunnista aiemmin kohdatun taudinaiheuttajan, esimerkiksi viruksen tai bakteerin, muuntunutta muotoa samaksi taudiksi, ja tauti iskee uudelleen, kun elimistö altistuu tartunnalle (ks. influenssa). Joskus puolustusjärjestelmä saattaa myös hyökätä elimistön hyödyllisiä osia vastaan. Tällöin kyseessä on autoimmuunisairaus.

Immuunijärjestelmän häiriöt

Immuunijärjestelmän häiriöt, kuten allergiat, astma, Crohnin tauti, diabetes ja MS-tauti ovat lisääntyneet.

Ihmisen immuunipuolustus on tehostunut luonnonvalinnan kautta. Esimerkiksi 1300-luvulla riehunut tappava paiserutto muunsi ihmisen immuunijärjestelmää siten, että erap2-geenin tietyn muunnoksen kaksoiskopio yleistyi. Kyseinen mutaatio tehostaa sytokiinien toimintaa ja saa erap2-geenin tuottamaan enemmän vasta-aineita, jolloin koko immuunijärjestelmä toimii tehokkaammin. Tämä yliaktiivisuus lisää kuitenkin esimerkiksi autoimmuunisairaus Chronin taudin riskiä.

Immuunijärjestelmä saattaa tuottaa myös autoimmuunireaktioita aiheuttavia autovasta-aineita, jotka häiritsevät immuunipuolustusta kiinnittymällä virusten ja bakteerien sijaan immuunipuolustuksen tuottamiin välittäjä-aineisiin kuten interferoneihin sekä elimistön omien solujen pinnalle. Autovasta-aineet saattavat aiheuttaa myös suoria kudosvaurioita ja estää B-lymfosyyttejä tuottamasta oikeita vasta-aineita. Autovasta-aineet saattavat selittää esimerkiksi sen, miksi borrelioosin sairastaneille saattaa esiintyä jälkioireita, vaikka borreliabakteeri on jo häädetty elimistöstä. Osa tunnetuista autovasta-aineista näyttää altistavan myös korona-viruksen aiheuttamalle vakavalle tautimuodolle.

Erään teorian mukaan esimerkiksi haavainen paksusuolen tulehdus saattaisi johtua siitä, että immuunijärjestelmä ylireagoi harmittomiin normaaliflooran mikrobeihin, koska se ei kykene erottamaan niitä patogeeneistä.

Myös immuunipuutokset lisäävät eräiden autoimmuunisairauksien riskiä. Esimerkiksi veren tavallista alhaisempi immunoglobuliini G:n pitoisuus lisää riskiä sairastua nivelreumaan.

Ylikierroksilla käyvä immuunijärjestelmä saattaa aiheuttaa verisuonten vuotamista, jota ei osata hoitaa.

Immuunijärjestelmää heikentäviä tekijöitä

Ikääntyminen heikentää immuunijärjestelmän toimintaa. Esimerkiksi vesirokon aiheuttava varicella-zostervirus jää loppuelämäksi selkäytimen hermosolmukkeisiin uudelleenaktivoituen usein vanhemmalla iällä vyöruusuksi.

Myös sairaudet kuten syöpä tai HIV sekä jotkin lääkeaineet kuten glukokortikoidit ja solunsalpaajat heikentävät immuunijärjestelmän toimintaa.

Liikunnan liian vähäinen määrä sekä myös määrältään tai kuormitukseltaan liiallinen fyysinen aktiivisuus heikentävät immuunipuolustusta. Liian raskaan fyysisen aktiivisuuden on havaittu esimerkiksi vähentävän imusolujen eli lymfosyyttien määrää sekä aiheuttavan niiden toimintahäiriön, pienentävän T-solujen suhdetta ja vähentävän syljessä esiintyvän immunoglobuliini A:n määrää.

Psykososiaalinen stressi vähentää syöpäpotilailla merkittävästi t-soluihin kuuluvien sytotoksisten luonnollisten tappajasolujen määrää. Tämä saattaa liittyä siihen, että rentoutumisen ja levon aikana toimiva parasympaattinen hermojärjestelmä aktivoi immuunipuolustuksen T-soluihin kuuluvia tappaja- ja auttajasoluja.

Aliravitsemus tai puutteellinen ruokavalio heikentävät etenkin ikääntyneiden ihmisten immuunipuolustusta. Glymfaattisen järjestelmän aivoista huuhtomia kuona-aineita poistavat aivokalvon imusuonet alkavat myös toimia heikommin ihmisen vanhetessa.

Luontaistaloudessa elävän Bolivian tsimaniväestön immuunijärjestelmän on havaittu vanhenevan nopeammin kuin länsimaiden asukkailla. Yli puolella tsimaneista on korkeat elimistön tulehdusarvot, mitä kuvastaa esimerkiksi CRP-arvo yli 30 mg/l. Korkeasta lapsikuolleisuudesta selvinneet tsimanit kuolevatkin tyypillisesti 70-vuotiaana johonkin tulehdustautiin. Tämä saattaa liittyä heidän vähärasvaiseen ruokavalioonsa, joka sisältää 72-prosenttisesti kuitupitoisia kasveja ja hedelmiä muun ravinnon koostuessa kalasta ja lihasta. Syynä saattaa olla myös se, että tsimaanit tekevät joka päivä 4–7 tuntia työtä, josta suuri osa on ruumiillista, tai se, että suurimmalla osalla on suolistoloisia, joista ainakin osan tiedetään heikentävän immuunijärjestelmää. Tartuntataudit olivat 1800-luvulla yleisin kuolinsyy myös Suomessa, jolloin elintavat muistuttivat jonkin verran tsimaanien nykyisiä elintapoja esimerkiksi ruokavalion ja loisten esiintymisen suhteen.

Immuunijärjestelmää parantavia tekijöitä

3000 koehenkilöä käsittävän tieteellisesti vertaisarvioidun tutkimuksen mukaan vähintään 30 sekunnin pituinen kylmä suihku lämpimän suihkun päätteeksi vähentää sairauspoissaoloja 30 prosentilla. Kylmiä suihkuja ottaneet sairastivat yhtä usein kuin muut tutkittavat, mutta heidän oireensa olivat selvästi lievempiä.

Useita kertoja viikossa kohtuullisella kuormituksella harjoitettava maltillinen fyysinen aktiivisuus lisää elimistön vasta-ainetuotantoa ja aktivoi vastustuskyvyn kannalta olennaisten T- ja B-solujen toimintaa. Tämä puolustusjärjestelmän akvivoituminen kestää muutaman tunnin. Vuonna 2010 julkaistun tutkimuksen mukaan säännöllisesti liikuntaa harrastavilla ihmisillä esiintyy puolta vähemmän nuhakuumetta kuin muilla. Yhteys saattaa kuitenkin selittyä myös sillä, että tavallista terveemmät ihmiset harrastavat muita enemmän liikuntaa. Tätä selitysmallia tukee se, että puolta vähemmän nuhakuumeita sairastavat myös ne terveeksi itsensä kokevat, jotka eivät harrasta liikuntaa.

Tutkimuksista on saatu viitteitä myös siitä, että muutaman päivän mittainen vesipaasto tai niukan ravinnon jakso vahvistaa kehon immuunijärjestelmää. Elimistö näyttäisi pääsevän tällöin eroon immuunijärjestelmän vahingoittuneista tai vanhentuneista osista, mikä johtaisi immuunijärjestelmän uusiutumiseen.

Jos immuunipuolustusjärjestelmä ei saa riittävästi työtä mietojen mikrobien torjunnassa, se saattaa ruveta kehittämään allergisia reaktioita. Esimerkiksi metsäilman sisältämä rikas mikrobisto aktivoi metsässä oleskelevan ihmisen immuunipuolustusjärjestelmää toimimaan terveydelle edullisella tavalla.

Immuunijärjestelmän kunnon tutkiminen

Immuunipuolustuksesta vastaavien solujen määrää voidaan analysoida verestä sytometrin avulla.

Immuunipuolustuksen tilaa voidaan arvioida esimerkiksi laskemalla neutrofiilien ja lymfosyyttien välinen suhde eli NLR-luku. NLR-lukua voidaan pitää suhteellisen hyvänä fysiologisen stressin mittarina. NLR-luku on osoittautunut siinä esimerkiksi leukosyyttien eli valkosolujen määrää luotettavammaksi mittariksi.

Katso myös

• Immunoterapia

Aiheesta muualla

• OpetusTV, biologia: Puolustusjärjestelmä