Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
רעיון מרכזי פורסם: 31 בינואר, 2019

מערכת החיסון, בַּחֹלִי ובבריאות – חלק 1: חיידקים וחיסונים

תַקצִיר

למערכת החיסון יש תפקיד מסובך שכרוּךְ ביכולת להבחין בהבדל בין חיידקים שיש להם פוטנציאל להזיק ובין אלה שמועילים לבני האדם. תגובות חיסון נכוֹנוֹת חיוּניוֹת לקיוּם מצב בריאותי תקין, אבל לפעמים הן יוצאות משליטה והן שגורמות למחלות. הרבה מהתובנות שלנו על הדרכים שבהן מערכת החיסון פועלת התגלו רק לאחרונה, אבל שורשי תחום האימוֹנוֹלוֹגיה החלו בעבודתו החלוצית של ד“ר אדוארד ג’נר ובמאמציו לְחַסֵּן בני אדם נגד אֲבַעְבּוּעוֹת שְׁחֹרוֹת. מאמר זה הוא הקדמה לסדרת מאמרים שמטרתה להבין את הנושא המורכב מאוד והחשוב הזה – האופן שבּו מערכת החיסון יכולה לזהוֹת אִיומים, להגיב בהתאם, ולמרות זאת לא לצאת משליטה. מאמר ראשון זה עורך היכרות עם התפיסה של חיידקים מזיקים לעומת חיידקים מועילים, ומלמד על האופן שבּו חיסונים השפיעו על הבריאות ועל הבנתנו את האימונולוגיה. עוד במאמר על התפקיד המרכזי של תאים לִימְפוֹצִיטִים מסייעים מסוג T בַּהַכְוָנָה של תגובת חיסון מתאימה.

מה שאינכם יכולים לראות עלול להזיק לכם... אבל בדרך כלל זה לא קורה

אנו חיים בעולם אשר מלא ביצורים קטנים מכדי שנוכל לראותם ללא מיקרוסקופ. מיקרוֹאוֹרגניזמים אלה כוללים נגיפים, חיידקים, פטריות וטַפִּילִים שאוהבים לִחְיוֹת על בני אדם או בתוכם. רוב המיקרואורגניזמים האלה אינם מזיקים, ולמעשה מסייעים לנו. למשל, חיידקים במעיים שלנו עוזרים בפירוק המזון לחלקיקים שבהם אנו יכולים להשתמש – ללא זאת, לא היינו יכולים לעכל. לִחְיוֹת עם מיקרואורגניזמים זהו מצב תקין, שגם יש לו תפקיד חשוב בשמירה על בריאותנו. תאים בעור, תאים הַמְּרַפְּדִים את נתיבי האוויר שלנו ותאים שבדפנות המעיים יוצרים מחסום הגנה, המונע ממיקרואורגניזמים להיכנס לגוף שלנו ומשאיר אותם בחוץ. אולם אם המיקרואורגניזמים עוברים את המחסומים האלה, הם יכולים לשׂגשׂג ולגדול, ואפילו מיקרואורגניזמים שאינם מזיקים עלולים לגרום לזיהומים מסוכנים. לכן כאשר נחתכים חשוּב לשטוף היטב את החתך ולהקפיד על ניקיונו עד שיחלים. יש כמה סוגים של מיקרואורגניזמים שפיתחו דרכים לעבור דרך המחסומים האלה של בני האדם, גם ללא חתכים בעור. היות שהחתכים נפוצים בחיי היומיום שלנו, והיות שחלק מהמיקרואורגניזמים יכולים לחדור לגוף שלנו גם ללא חתכים, נוצר הכרח לְהָגֵן על גופנו. מערכת החיסון מבצעת את התפקיד החשוב מאוד הזה – הגנה נגד מיקרואורגניזמים.

האם היא חברה או יריבה?

ברמה הבסיסית ביותר שלה, מערכת החיסון היא רשת תקשורת המורכבת מאותות וּמִגַּלָּאִים המקבלים את האותות האלה. פני השטח של תאי מערכת החיסון מכוסים בקוֹלְטָנִים המסייעים בזיהוי האוֹתוֹת המגיעים מהסביבה שלהם. בכל רגע נתון, אלפי פיסות מידע מתקבלות בתא חיסון יחיד. פענוח אותות אלה חיוני מאוד לתגובת התא. כמו האותות שמקבל המוח מֵחִישַׁת העולם הסובב אותנו באמצעות ראייה, תחושה, שמיעה או הרחה, כך גם תאי החיסון חשים את סביבתם כל הזמן, ואנו מקווים שהם פועלים בהתאם. היות שמצבים מסוכנים אינם נפוצים, רוב הזמן מערכת החיסון איננה צריכה להיות מופעלת. בעבר חשבו מדענים החוקרים את מערכת החיסון שאין כמעט איתותים במהלך הזמנים השקטים האלה, אבל כיום הם מבינים כי יֶשְׁנָהּ תקשורת גם כאשר אין סכנה. אולם אנו יודעים הרבה יותר על האותות שבהם משתמשת מערכת החיסון כדי להיות מופעלת כאשר יש סכנה, כי קל הרבה יותר למדוד את האותות האלה. אותות הפעלה אלה יכולים להגיע ממיקרואורגניזמים, מִתָּאִים אחרים של מערכת החיסון או אפילו מִתָּאִים שאינם חלק ממערכת החיסון. כאשר מיקרואורגניזם מסוכן חודר לגוף, תפקידם של תאים מתמחים, הנקראים תאים מציגי אַנְטִיגֶן (APCs), הוא לזהוֹת את המיקרואורגניזמים וללכוד אותם (ראו איור 1). היות שישנם בגופנו סוגים רבּים כל כך של מיקרואורגניזמים ושל תאים מציגי אנטיגן, יש מספר עצום של אותות ושל קולטנים עבורם. תחום מדעי החוקר את תאי מערכת החיסון ואת האופן שבו הם מְתַקְשְׁרִים נקרא אימונולוגיה. אומנם רוב מה שאנו יודעים על מערכת החיסון נחקר רק ב־50 השנים האחרונות, אך לתחום האימונולוגיה שורשים כמה מאות שנים לפני כן, כאשר תוארה לראשונה שיטה הנקראת חיסוּן.

איור 1 - תפקיד חשוב של מערכת החיסון הוא זיהוי מיקרואורגניזמים רעים.
  • איור 1 - תפקיד חשוב של מערכת החיסון הוא זיהוי מיקרואורגניזמים רעים.
  • במערכת החיסון ישנם תאים מתמחים הנקראים תאים מציגי אנטיגן (APCs), שתפקידם לזהוֹת מיקרואורגניזמים שיש להם פוטנציאל להזיק, וללכוד אותם. אז, ה־APC יבלע את המיקרואורגניזם, יְפָרְקוֹ לחלקים קטנים ויציג חלק מהם לתאי חיסון אחרים, כדי להתחיל בתהליך של הפעלת החיסון.

חיסונים שינו את העולם

לפני קיוּם החיסונים, בְּקֶרֶב אוכלוסיית האדם היו נפוצים ביותר כמה מיקרואורגניזמים קטלניים מאוד. אחד מהקטלנים ביותר היה נגיף הנקרא אבעבועות שחורות, בשל הפצעים הקטנים על העור שהופיעו אצל אנשים נגועים. נגיף האבעבועות השחורות היה רב עוצמה כל כך, שמערכות החיסון של האנשים החולים לא הצליחו, לרוב, להילחם די מהר כדי לאפשר להם לשרוד. כפרים שלמים של בני אדם מתו בגלל נגיף האבעבועות השחורות, ובדרכים רבּות האבעבועות השחורות השפיעו רבּות על ההיסטוריה האנושית. עובדה זו החלה להשתנות לקראת סוף המאה ה־18, אז ערכו רופאים מאזורי הכפר באנגליה כמה תצפיות חשובות מאוד [1]. אחד הדברים שהם שׂמו לב אליו היה שאנשים אשר לָקו באבעבועות שחורות באופן קל, ושׂרדו, היו מוגנים מפני המחלה בהמשך חייהם. אחר כך, הרופאים שׂמו לב כי הסיכויים של חוֹלְבוֹת לחלות באבעבועות שחורות היו קטנים באופן נִכָּר, יחסית לתושבי הכפר האחרים, וכך גם סיכוייהם של אנשים נוספים שהיו חשופים לְפָרוֹת. רופאים אלה החלו לחשוב שעמידוּת זו לאבעבועות שחורות התרחשה בְּשֶׁל המגע שהיה לאנשים אלה עם פרות, וחשיפתם לפצעים דמוּיי אבעבועות שחורות שעל עור הפרות, בזמן עבודתם. לעיתים קרובות, אנשים אלה נדבקו מהפרות במחלת האבעבועות של הפרות, באופן קל בלבד.

אחר כך, אדם בשם אדוארד ג’נר ערך ניסוי חשוב מאוד – הוא חשף בכוונה נער צעיר לנוזל שמיצה מפצע אבעבועות של פרות, שהיה על עור של חולבת. בהמשך, הנער היה מוגן ממחלת האבעבועות השחורות. ניסויים דומים רבּים הפכו לבסיס של מה שכיום אנו קוראים חיסון. למרות שבאותה תקופה איש לא ראה מעולם נגיף מבעד למיקרוסקופ (הדבר קרה רק 200 שנים אחר כך), ושלא היה ידוע דבר על מערכת החיסון, אסטרטגיית החיסון הזו הצילה חיים של אנשים רבּים. עד 1980 המאמץ העולמי לחסן אנשים למניעת אבעבועות שחורות היה מוצלח כל כך, שמאז לא דֻּוַּח על מקרים של המחלה בשום מקום בעולם.

כיום, פותחו חיסונים כדי להגן על אנשים מנגיפים ומחיידקים מזיקים אחרים. מיקרואורגניזמים כגון פּוֹלְיוֹ, דיפתריה וחַצֶּבֶת, שבעבר גרמו לתחלואה חמוּרה ולמוות, הם כיום הרבה פחות נפוצים, הודות לחיסונים. לקח זמן רב להבין למעשה מדוע חשיפת אנשים לאבעבועות של פרות עָזְרָה להגן עליהם מפני אבעבועות שחורות. התברר שהנגיף הגורם לאבעבועות בפרות שייך לאותה משפחת נגיפים של האבעבועות השחורות. אף שלא נפוץ כי חשיפה לנגיף אחד מְגִנָּה על אנשים מפני נגיף אחר, במקרה של אבעבועות הפרות ואבעבועות שחורות הנגיפים היו מספיק דומים שהתגובה החיסונית לאבעבועות הפרות גם הֵגֵנָּה נגד אבעבועות שחורות. ברוב החיסונים האחרים, הכרחי להשתמש בגרסה מוּמֶתֶת של הגורם שנגדו רוצים לחסן או בחלק לא מזיק ממנו. כיום, נעשים מאמצים רבים מאוד לפתח חיסונים נגד מיקרואורגניזמים שהתגלו לא מזמן יחסית כגון HIV (נגיף האיידס), נגיף הָאֶבּוֹלָה ונגיף הַזִּיקָה. נעשות גם פעולות שמטרתן לנסות לעמוד בקצב של השינויים המהירים שעוברים נגיפים אחרים כגון נגיף השפעת, כדי למנוע ממערכת החיסון לזהוֹת אותם.

למערכת החיסון יש תפקיד מסובך

מערכת החיסון התגלתה במהלך המאמץ לנסות לפענח כיצד חשיפה לאבעבועות הַפָּרָה הֵגֵנָּה על אנשים מאבעבועות שחורות. לכן נזקף לזכותו של אדוארד ג’נר ייסוּד האימונולוגיה. לקח לאימונולוגים זמן רב, עד לכמה העשורים האחרונים, להבין כיצד מערכת החיסון מגיבה לנגיפים או לכל סוג אחר של זיהום. התברר שיש סוגים ייחודיים מאוד של תגובות חיסון שמופעלות כאשר מיקרואורגניזמים שונים מדביקים אותנו, וחשוב שמערכת החיסון תפעיל את התגובה הנכונה לכל מצב. מסיבה זו, למערכת החיסון ענפים רבים, ולכל ענף סדרת תאים המתמחים בטיפול בסוג מסוים של זיהום.

למשל, נגיפים הם קטנים מאוד ואינם נושאים עימם את כל החומרים הנחוצים להם לריבוי. לכן, כאשר נגיף חודר לגוף אדם הוא צריך למצוא תא אנושי שאותו הוא מדביק. אחר כך, הנגיף צריך להשתלט על חלק ממנגנוני התא כדי לְהִתְרַבּוֹת ולהפיץ נגיפים לתאים נוספים. כל נגיף גורם מחלה ששמעתם עליו בָּקִי בהשתלטות על תאים של בני אדם באופן זה. השיטה שבּה מערכת החיסון מתמודדת, בדרך כלל, עם זיהומים נגיפיים היא הֶרֶג התא הנגוע, לפני הִתְרַבּוּת הנגיף. זהו מרוץ שבו בדרך כלל יש לנגיף יתרון מקדים, כי לוקח למערכת החיסון זמן לזהוֹת את הנגיף, ואז לייצר מספיק תאי חיסון היכולים להרוג את כל התאים שבתוכם נמצא הנגיף. באותו זמן, חשוב מאוד שאותו מנגנון חזק של הֶרֶס תאים לא יֵצֵא משליטה ויתחיל להרוג תאים רבּים שלא מכילים בתוכם את הנגיף. אם כך, לא מפתיע שענף של מערכת החיסון המתמחֶה בטיפול בנגיפים צריך להיות טוב ממש בזיהוי תאים שבתוכם חיים נגיפים, ובהֶרֶג התאים הנגוּעים האלה בלבד. חשוב במיוחד להפסיק את תגובת החיסון הקשה הזו אחרי שכל הנגיפים סולקו מהגוף, ותפקיד זה נעשה על-ידי ענף תאים אחר של מערכת החיסון. עד כמה מצליחה מערכת החיסון לְקַיֵּם את האיזון הזה בין המרוץ להקדים את הנגיף ובין ההירגעות אחר כך – בזאת נעוץ ההבדל בין בריאות לחולי, ואפילו בין חיים למוות. לסוגים אחרים של מיקרואורגניזמים כגון חיידקים, פטריות ותולעים טפיליות, יש צורת חיים וצרכים שונים לחלוטין. לכן, תגובת החיסון הנחוצה כדי להילחם במיקרואורגניזמים האלה שונה מאוד מהתגובה שלה נגד נגיפים. במערכת החיסון ישנם סוגי תאים מתמחים וגורמים נוספים שתפקידם לזהוֹת את סוג המיקרואורגניזם הגורם לזיהום, ואז לְכַוֵּן את התגובה המתאימה כדי להילחם במיקרואורגניזמים אלה. אחד הַתָּאִים החיוניים ביותר מִבֵּין הַתָּאִים המתמחים האלה נקרא תא לִימְפוֹצִיט מסייע מסוג T (תא TH).

תאי לימפוציטים מסייעים מסוג T: מְכַוְּנֵי מערכת החיסון

לימפוציטים הם סוג חשוב של תאי חיסון, הנוצרים מתאי גזע בכָבֵד לפני הלידה, וממֵחַ העצם אחרי הלידה. אימונולוגים ממיינים את הלימפוציטים לקבוצות בהתבסס על תפקידם. על פני השטח של תאי TH יש קולטנים, אשר שונים מתא לתא, ובזאת מאפשרים לכל סוג של תא TH לזהוֹת מיקרואורגניזמים שונים. קולטני תאי T אלה יכולים להבחין בהבדלים הקיימים בין חֶלְקֵי מיקרואורגניזמים קטנים (אַנְטִיגֶנִים), כאשר חלקים אלה קשורים למולקולה מורכבת (קומפלקס) הנקראת MHC II, שנמצאת על פני השטח של תא מציג אנטיגן (APC). דרך טובה להבין זאת היא לחשוב על מנעולים ועל מפתחות – כל קולטן של תא T מיוצג על-ידי מנעול אחר, ויש רק מפתח אחד או מספר מוגבל של מפתחות (חלבונים קטנים שעל MHC II) המתאימים למנעולים אלה (ראו איור 2).

איור 2 - התאמה מושלמת.
  • איור 2 - התאמה מושלמת.
  • לכל תא לימפוציט מסייע מסוג T (תא TH) יש קולטן העשוי משתי תת-יחידות, TCR α ו־TCRβ, המשתלבות ליצירת אתר קישור ייחודי עבור אנטיגן הנקשר לקומפלקס MHC מסוג II, שעל התא מציג האנטיגן (APC). כאשר ההתאמה מושלמת, תאי TH מופעלים. השילוב הייחודי של הגירוי גורם לתא TH להפריש סדרת גורמים מסיסים הנקראים ציטוקינים. הציטוקינים מאותתים חזרה ל-APC או נעים ברחבי הגוף כדי לכוון את שאר תגובת החיסון. סדרות שונות של ציטוקינים מבקרות את סוג התגובה שתתפתח. Cytokine receptor = קולטן לציטוקין Cytokines = ציטוקינים

לתאי TH תפקיד מרכזי וחיוני בחיסוּניוּת. הם המְתַקְשְׁרִים העיקריים במערכת החיסון, והם מתמחים מאוד בפענוח האותות המגיעים משאר הגוף. זיהוי נכון של מידת הסכנה ושל סוג הסכנה, ותקשור מידע זה לתאים אחרים של מערכת החיסון, הם המפתח לתגובת חיסון טובה. כאשר הם מופעלים, תאי TH מתחלקים ויוצרים תאי TH נוספים בעלי אותה ייחוּדיוּת. כמו כן, הם מייצרים גורמים מסיסים הנקראים ציטוקינים. הציטוקינים מאותתים לתאים אחרים בגוף ובזאת מורים להם להילחם בזיהום. כאשר הכול פועל כשורה, תגובת החיסון המְּכוונת על-ידי תאי TH מובילה לפינוי המיקרואורגניזם ולסילוק האיום. אחר כך, מגיע תפקידו של ענף ”בקרה" נוסף של מערכת החיסון, הַמּוּנָע על-ידי תאי TH שונים – להרגיע את מערכת החיסון. אחרי סילוק הזיהום, נותרת קבוצה קטנה של תאי TH שנוצרו נגד המיקרואורגניזם המסוים, ויוצרת זיכרון חיסוני של המיקרואורגניזם. בפעם השנייה שמערכת החיסון תִּרְאֶה את אותו מיקרואורגניזם, היא תגיב מהר יותר וביֶתֶר יעילוּת. הודות לזיכרון החיסוני של אבעבועות הַפָּרָה, והודות למזל שווירוס אבעבועות הפרה נראה למערכת החיסון דומה מאוד לווירוס האבעבועות השחורות, התאפשרה עבודת החיסון של אדוארד ג’נר. מיליוני חיים ניצלו הודות לפריצת הדרך המדעית הזו.

יש עוד הרבה מה ללמוד

אימונולוגים מגלים תגליות חדשות מדי יום ביומו. כיום, אנו יודעים כי מערכת החיסון פעילה תמיד, אבל רוב הזמן היא רק אוספת מידע ומוודאת שלא קורה משהו רע. אך עלולים לחוּל שיבושים במערכת החיסון, שיובילו לאחת משתי אפשרויות: פעילוּת הֶרֶס רבּה מדי, הגורמת למצבים כגון אלרגיות או מחלות אוטואימוניות, או דיכוי רב מדי של תגובת החיסון, שעלול להוביל לזיהומים כרוניים או לבקרה בלתי מוצלחת על סרטן. הבנה טובה יותר של תפקוד מערכת החיסון ואופן הבקרה עליה הובילה לאחרונה לטיפולים יעילים מאוד במחלות רבות התוקפות בני אדם. מאמרים נוספים בסדרה זו יַחְקְרוּ בפירוט כיצד פועלים ענפים שונים של מערכת החיסון, ומה קורה כאשר הם אינם פועלים כראוי.

מילון מונחים

מיקרואורגניזמים (Microbes): יצורים מיקרוסקופיים הכוללים נגיפים, חיידקים, פטריות וטפילים, החיים כמעט בכל סביבה, כולל על גוף האדם ובתוכו.

מערכת החיסון (Immune system): רשת מורכבת של תאים ושל איברים המוקדשת להגנה על הגוף ממיקרואורגניזמים מזיקים, אך מאפשרת למיקרואורגניזמים שאינם מזיקים לשרוד. מערכת החיסון גם מעורבת בתיקון נזק הנובע ממקורות אחרים כגון אור אולטרה- סגול, רעלנים וחפצים חדים.

קולטנים (Receptors): מולקולות על פני השטח של תאים שמזהוֹת נוֹכחוּת של מיקרואורגניזמים ושל אותות אחרים מהסביבה, ומעבירות אותות הגורמים לשינוי בהתנהגות הַתָּאִים.

תאים מציגי אנטיגן (Antigen presenting cells, APC): תאים מתמחים של מערכת החיסון המזהים נוֹכחוּת של מיקרואורגניזמים מזיקים, לוכדים ומעכלים אותם, ואז מציגים פיסות קטנות של המיקרואורגניזם לתא לימפוציט מסייע מסוג T. פיסות קטנות אלה (לרוב חלבונים או סוכרים) מְכֻנּוֹת אנטיגנים.

חיסון (Vaccination): שיטה לאימון מערכת החיסון כך שתגיב מהר יותר למיקרואורגניזם מזיק, על-ידי חשיפתה לגרסה פחות מזיקה או לתוצר של המיקרואורגניזם שאינו גורם למחלה.

תא לימפוציט מסייע מסוג T (T helper lymphocyte, TH): תא של מערכת החיסון המתמחֶה בפענוח סוג הסכנה וכַמּוּתָהּ, וּמְתָאֵם את שאר תגובת החיסון על-ידי משלוח אותות לתאים אחרים.

זיכרון חיסוני (Immunologic memory): תגובת חיסון מהירה יותר המתרחשת בפעם השנייה שבעל חיים נדבק באותו מיקרואורגניזם, ובכך מגינה עליו מפני זיהום חוזר.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.

חומר קריאה נוסף בפרונטירז – מדע לצעירים

Flores-Valdez, M. (2016) למה חשוב לשפר את החיסונים נגד שחפת רדומה? Front. Young Minds 4:19. doi: 10.3389/frym.2016.00019-he

Tregoning, J. (2017) שפעת, חיסונים לשפעת ומדוע אנו צריכים להשתפר. Front. Young Minds 5:7. doi: 10.3389/frym.2017.00007-he

Davis, R., and Hollis, T. (2016) מחלות אוטֹואֹימונּיותֹּ: מדוע הגוף תוקף את עצמו. Front. Young Minds 4:23. doi: 10.3389/frym.2016.00023-he

Tunnessen,N., and Hsieh, M. (2018) אכילת תולעים לטיפול במחלות אוטֹואֹימונּיותֹּ? Front. Young Minds 6:32. doi: 10.3389/frym.2018.00032-he


מקורות

[1] Brink, S. 2018. What’s the Real Story About the Milkmaid and the Smallpox Vaccine? National Public Radio (U.S.). Available at: https://www.npr.org/sections/goatsandsoda/2018/02/01/582370199/whats-the-real-story-about-the-milkmaidand-the-smallpox-vaccine (Accessed: July 1, 2018).