Một vài sinh vật có thể xuyên qua lớp da vững chắc và khi đó, các cơ chế bảo vệ tự nhiên hoạt động rất hiệu quả để không cho các vi sinh vật phát tán sang các vùng khác. Khi vi khuẩn xâm nhập được vào mô, khả năng của cơ thể chủ nhằm hạn chế những thương tổn và loại bỏ vi khuẩn phụ thuộc vào việc tạo ra các đáp ứng miễn dịch đặc hiệu chống lại các kháng nguyên vi khuẩn. Trong hầu hết các trường hợp, hệ thống bảo vệ của cơ thể chủ tập trung vào việc phát hiện và loại bỏ các cấu trúc bề mặt vi khuẩn cũng như các phân tử tiết của chúng. Vi khuẩn được bao bọc bên trong một lớp màng sinh chất và một lớp thành peptidoglycan. Gắn trên những cấu trúc cơ bản đó là rất nhiều các thành phần như protein, capsule, lipopolysaccharide và các phân tử teichoic acid. Ngoài ra
92
cũng có các cấu trúc liên quan tới khả năng vận động và bám dính vào tế bào chủ. Hệ miễn dịch của cơ thể chủ có thể phát hiện một số thành phần thuộc những cấu trúc như vậy. Nhìn chung, lớp peptidoglycan có thể bị tấn công bởi các enzyme lysozyme và lớp màng lipid ngoài của vi khuẩn Gram âm bị phá vỡ bởi các protein tích điện dương cũng như các protein bổ thể. Các kháng thể đặc hiệu có thể liên kết với lông roi và lông nhung, ảnh hưởng tới hoạt động chức năng của chúng cũng như làm bất hoạt các enzyme cũng như độc tố của vi khuẩn. Do vậy, các kháng thể có thể ngăn cản rất nhiều quá trình quan trọng của vi khuẩn, và cuối cùng thì cần có sự tham gia của các tế bào thực bào để phân hủy và loại bỏ vi khuẩn (Hình 7.1). Trong một vài trường hợp cần có sự tham gia của các đáp ứng qua trung gian tế bào.
Hình 7.1. Quá trình xâm nhập của vi khuẩn và phản ứng bảo vệ của cơ thể chủ
1.1. Phản ứng viêm
Khi thoát khỏi các cơ chế miễn dịch tự nhiên, một vi khuẩn sẽ bắt đầu nhân lên trong mô. Sự xuất hiện của các phân tử đặc hiệu của vi khuẩn được nhận biết bởi các thụ thể trên tế bào chủ, dẫn tới việc giải phóng ra các cytokine. Những phân tử cytokine này, cùng với các sản phẩm độc phá hủy mô từ vi khuẩn tiết ra, đã kích thích hình thành phản ứng viêm. Kết quả làm tăng tính thấm thành mạch đối với các protein trong huyết thanh, bao gồm các protein bổ thể, các kháng thể và các yếu tố đông máu và cả các tế bào thực bào. Các tế bào thực bào di chuyển
93
tới vị trí viêm theo cơ chế hóa hướng động. Độc tố phản vệ (anaphylatoxin) được tạo ra từ quá trình hoạt hóa bổ thể tiếp tục làm tăng tính thấm thành mạch đối với các chất dịch huyết tương và tế bào tại vị trí viêm. Rất nhiều các chất trung gian này gây ra hiện tượng giãn mạch, do đó làm tăng lưu lượng máu tới vị trí viêm.
Rất nhiều loại vi sinh vật (ví dụ như tụ cầu và liên cầu) không bị tiêu diệt bởi các tế bào thực bào. Cường độ và thời gian viêm phụ thuộc vào mức độ xâm nhiễm ban đầu của vi sinh vật. Điều này lại phụ thuộc vào mức độ thương tổn, số lượng mô bị thương tổn cũng như số lượng và chủng loại vi sinh vật xâm nhập. Một cấu trúc nhọt có thể hình thành tại vị trí viêm.
Nếu vi khuẩn không bị loại bỏ tại vị trí xâm nhập và tiếp tục nhân lên, chúng sẽ đi vào dịch mô và bạch huyết để vào các hạch bạch huyết, nơi xảy ra các đáp ứng miễn dịch đặc hiệu. Kháng thể và các tế bào hoạt động chức năng được tạo ra sẽ rời hạch bạch huyết để đi tới vị trí bị xâm nhiễm để loại bỏ vi khuẩn. Một số vi sinh vật có vỏ capsule như pneumococci có khả năng kháng lại tế bào thực bào và chúng sẽ tồn tại cho tới khi nào lượng kháng thể được tạo ra đủ lớn. Các kháng thể sau đó sẽ loại bỏ lớp polysaccharide của vỏ capsule và như vậy quá trình thực bào mới có hiệu quả. Một số loại vi sinh vật khác lại tiết ra các ngoại độc tố
(exotoxin) và để loại bỏ các loại độc tố này cần phải có các kháng thể đặc hiệu mới thực hiện được.
Dạng lây nhiễm như mô tả ở trên thường được gọi là nhiễm trùng cấp tính (acute infection), trái với nhiễm trùng mãn tính (chronic infection) thường được tạo ra bởi những loại vi sinh vật có khả năng thích nghi với việc sống trong tế bào của cơ thể chủ. Vi khuẩn gây bệnh lao, bệnh phong và bệnh sốt làn sóng Brucella là những vi sinh vật thuộc loại này. Đối với các bệnh nhiễm trùng loại này, miễn dịch qua trung gian tế bào đóng vai trò chủ đạo trong việc loại bỏ các vi sinh vật.
1.2. Miễn dịch dịch thể
Việc gắn kết của một vi sinh vật lên bề mặt biểu mô là điều kiện cần để vi sinh vật tiến hành xâm nhiễm. Cơ chế tấn công đầu tiên của các kháng thể là ngăn cản sự tiếp xúc của vi sinh vật vào tế bào chủ.
Kháng thể IgA có thể ngăn chặn việc nhân lên của vi sinh vật trên bề mặt niêm mạc nếu nó liên kết với các phân tử dính (adhesin) trên bề mặt tế bào vi khuẩn. IgA không hoạt hóa các bổ thể một cách hiệu quả do vậy không kích thích hình thành phản ứng viêm. Những tổn thương thành ruột trong quá trình viêm sẽ tạo điều kiện cho sự xâm nhập rất nhiều loại mầm bệnh cơ hội vào các mô dễ bị tổn thương.
94
Rất nhiều loại ngoại độc tố vi khuẩn là các enzyme và các kháng thể bảo vệ có thể ngăn cản sự tiếp xúc của các enzyme đó với cơ chất của chúng. Kháng thể có thể liên kết trực tiếp và trung tâm hoạt động của enzyme hoặc vào các gốc gần kề để ức chế sự hoạt động của nó. Kháng thể cũng có thể ngăn cản sự hoạt hóa dạng tiền enzyme chưa hoạt động (zymogen) thành dạng hoạt động, ngăn cản sự tương tác giữa độc tố vi khuẩn với tế bào đích của nó hoặc liên kết vào một vị trí trên phân tử khiến nó thay đổi cấu trúc dẫn tới việc loại bỏ hoạt tính của enzyme.
Bản thân các kháng thể có thể tiêu diệt vi khuẩn hoặc chúng có thể kết hợp với các nhân tố và các tế bào của cơ thể chủ. Để tồn tại và nhân lên, vi khuẩn phải hấp thu các chất dinh dưỡng và các ion thông qua hệ thống vận chuyển đặc hiệu. Các kháng thể có thể ảnh hưởng tới hoạt động của các hệ thống vận chuyển đặc hiệu đó, do vậy ngăn cản sự hấp thu các chất dinh dưỡng và ion thiết yếu của vi khuẩn. Một số vi khuẩn thuộc dạng xâm lấn, chúng xâm nhập vào các mô thông qua các enzyme mà chúng tạo ra. Kháng thể cũng có thể ngăn cản quá trình này bằng cách gắn vào lông roi khiến cho nó không vận động được. Ngoài ra, kháng thể cũng có thể kết dính các tế bào vi khuẩn lại, nhờ vậy mà vi khuẩn không thể phát tán rộng được.
Ngoài ra, việc hình thành phức hợp miễn dịch giữa các kháng thể và tế bào vi khuẩn sẽ kích thích các tế bào thực bào và hoạt hóa bổ thể. Khi một tế bào vi khuẩn bị bao bọc bởi các kháng thể, các vùng Fc quay ra phía ngoài. Các tế bào thực bào sẽ liên kết đặc hiệu vào các vùng Fc đó và gắn chặt với vi khuẩn, tạo điều kiện cho quá trình thực bào diễn ra. Vi khuẩn bị các tế bào thực bào nuốt vào trong và tấn công bằng các cơ chế phụ thuộc oxy và không phụ thuộc oxy. Các tế bào thực bào cũng có khả năng loại bỏ và phân hủy các tế bào vi khuẩn đã bị tiêu diệt trước. Bên cạnh đó, tế bào vi khuẩn cũng nhạy cảm với hoạt động phân hủy của các protein bổ thể, là những loại protein được hoạt hóa bởi các thành phần trên tế bào vi khuẩn.
1.3. Miễn dịch qua trung gian tế bào
Các tế bào vi khuẩn khi xâm nhập cơ thể cuối cũng sẽ bị loại bỏ bởi các tế bào thực bào. Các cơ chế bảo vệ cơ thể chủ của các đại thực bào (macrophage) và các bạch cầu đơn nhân (monocyte) có thể được tăng cường bởi các kích thích hoạt hóa khác nhau, bao gồm các sản phẩm từ vi sinh vật như muramyl dipeptide có nhiều ở thành tế bào hay trehalose dimycolate từ tế bào vi khuẩn lao
Mycobacterium tuberculosis. Các nội độc tố có mặt trên lớp thành tế bào vi khuẩn Gram âm và nhiều loại polymer carbohydrate khác như β-glucan là các chất hoạt hóa đại thực bào.
95
Hệ miễn dịch cũng được hoạt hóa trong quá trình tổng hợp ra các chất hoạt hóa đại thực bào. Ví dụ, lymphokine là chất được tế bào lympho T tiết ra có tác dụng loại bỏ vi khuẩn bằng cách thu hút các tế bào thực bào di chuyển về vị trí viêm nhiễm cũng như hoạt hóa chúng. Chất hoạt hóa quan trọng nhất được biết tới là γ-interferon. Vai trò của các lymphokine là làm tăng hiệu quả của các cơ chế bảo vệ cơ thể chủ, tuy nhiên nếu các chất này được tổng hợp ở lượng dư thừa hay đáp ứng lại những tín hiệu không phù hợp thì có thể dẫn tới phản ứng quá mẫn type IV.