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第一節 淋巴系統 第二節 非專一(特異)性防禦作用 第三節 專一(特異)性防禦作用 第四節 淋巴和免疫系統的老化
06 第一節 淋巴系統 第二節 非專一(特異)性防禦作用 第三節 專一(特異)性防禦作用 第四節 淋巴和免疫系統的老化
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第一節 淋巴系統 淋巴系統是人體的循環系統之一(圖6-1), 可使微血管外的組織間液,最後全部回流 到心血管系統,同時也是身體重要的防禦 系統,共同參與免疫作用。淋巴系統包含 了一套網狀的管道及淋巴器官(圖6-2), 前者可幫助體液的循環;後者則可產生淋 巴細胞、抗體等進行防禦作用(表6-1)。
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淋巴管道 淋巴器官
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淋巴管道 淋巴管道(循環)的路徑:淋巴液→微淋 巴管→淋巴管→淋巴結→淋巴幹→右淋巴 導管、胸導管→上腔靜脈→右心房。
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淋巴液 微淋巴管 淋巴管、淋巴幹 淋巴導管
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淋巴液 組織間液(interstitial fluid)除了從微靜脈血管回收外,有一部分是藉由微淋巴管將組織間液中過多的液體及蛋白質流入淋巴系統中(圖6-3),而形成淺黃色透明的淋巴液(lymph),可以幫助身體內液體的平衡,同時藉由骨骼肌的收縮,使淋巴液在淋巴管內流動。
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如果淋巴系統循環不良時,就會因組織間液太多,而造成身體的水腫(edema),這也是為什麼身體的某個部位長時間靜止不動或是受壓迫時,可能會造成局部水腫的原因。
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微淋巴管 微淋巴管的起始端呈盲狀小管,其分佈及結構與微血管相似,管壁由單層內皮細胞構成,管內有瓣膜可使淋巴液依循固定方向流動(圖6-4)。微淋巴管與微血管均深入組織間隙,其微薄的管壁讓組織間液可以回收進入淋巴循環系統。
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淋巴管、淋巴幹 微淋巴管會逐漸匯集成較大之淋巴管,淋巴管壁與靜脈管壁相似,內含有瓣膜可防止淋巴液逆流。全身各部位淋巴管經過一系列淋巴結之後,最後由一群淋巴結之輸出管集合而成為較大的淋巴幹。
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淋巴導管 淋巴幹最終會匯流到胸導管(thoractic duct)或右淋巴導管(right lymphatic duct),前者是全身最長的淋巴導管,收集腹部、下肢左上部及左臂的淋巴液,其起始部呈梭形膨大狀,稱為乳糜池(cisterna chyli)(圖6-2);後者則收集身體右上半部回流的淋巴液。淋巴導管最後將淋巴液注入上腔靜脈,而匯流入血液循環系統中。
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淋巴器官 淋巴器官是淋巴細胞增殖或停留的場所, 可分成周邊淋巴器官(又稱次級淋巴器官) 及中央淋巴器官(又稱初級淋巴器官), 前者包括淋巴結、扁桃腺及脾臟,後者包 括胸腺及骨髓。
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周邊淋巴器官 中央淋巴器官
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周邊淋巴器官 淋巴結 扁桃腺 脾臟
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淋巴結 淋巴結又稱淋巴腺,位於淋巴系統的循環路徑上,呈圓形或橢圓形小體,一側向內凹陷為輸出淋巴管和血管進出處,稱為淋巴門,另一側則有輸入淋巴管分佈(圖6-5)。淋巴結的表面由一層緻密結締組織所形成的被膜包覆,向內伸入形成網狀小樑可減緩淋巴液的流速。 淋巴結的實質部分可分為外層的皮質部和內層的髓質部。
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皮質部:由淋巴小結、副皮質區(又稱胸腺依賴區)和皮質淋巴竇構成,其中淋巴小結主要是由B淋巴細胞構成,副皮質區主要是T淋巴細胞,皮質淋巴竇腔內除有淋巴和淋巴細胞外,還有網狀細胞和巨噬細胞。
髓質部:由髓索和髓竇構成,髓索主要是B淋巴細胞,髓竇是髓索與小樑之間較大的腔隙,結構與皮質淋巴竇相同。
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淋巴結具有產生淋巴細胞和過濾淋巴液的功能,常成群存在於較隱蔽的地方,接受某些器官或一定區域的淋巴管,如頸部、腋下及鼠蹊部。當淋巴結所收集的範圍內發生感染時,常引起該淋巴結的發炎反應而腫大。癌細胞也常沿淋巴管轉移到所屬局部淋巴結,使淋巴結產生癌病變。
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扁桃腺 扁桃腺位於喉嚨後面的兩側,分為咽扁桃腺、舌扁桃腺和 扁桃腺三種(圖6-6),一般所說的扁桃腺指的就是 扁桃腺。扁桃腺具製造淋巴球、產生抗體等功能,可過濾及保護呼吸道和消化道免於細菌或病毒侵入,但是扁桃腺時常因被感染而引起發炎症狀。
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脾臟 脾臟是體內最大的淋巴器官,位於腹腔的左上部,且正好在橫膈膜下方和胃的後面。脾臟呈紅褐色、長扁橢圓形,內部可分為紅脾髓及白脾髓(圖6-7)。
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紅脾髓:主要功能是過濾和貯存血液,由脾索及靜脈竇組成,脾索為互相吻合成網狀的淋巴組織,主要是B淋巴細胞,另外含有大量的血球細胞。
白脾髓:主要功能為對抗外來微生物及感染。
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脾臟的組織中有許多稱為「靜脈竇」的結構,平時一部分血液滯留在靜脈竇中,當人體失血時,靜脈竇收縮,將這部分血液釋放出去以補充血容量。靜脈竇壁上附著大量的巨噬細胞,可以吞噬衰老的紅血球、病原體和異物。人切除脾臟後仍可以正常生活,但會明顯的表現出抵抗力下降及容易受到感染等情形。
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中央淋巴器官 胸腺 骨髓
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胸腺 胸腺位於胸骨上端,左右兩肺之間(圖6-8),其為兼具內分泌功能的淋巴器官,主要功能是培育T淋巴細胞以直接接觸方式或製造各種物質來摧毀入侵的微生物,同時分泌胸腺素(thymosin)促進淋巴細胞的生長,調節B細胞分化成漿細胞來協助細胞免疫作用。
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在免疫系統中,隨著年齡增加而萎縮老化最明顯的器官為胸腺,在青春期胸腺最發達,分泌的胸腺素最高,之後隨著年齡的增長胸腺開始退化並逐漸被脂肪取代,而胸腺素之分泌量亦逐漸下降。胸腺萎縮的主要原因為髓質層細胞明顯減少,結果使胸腺素分泌量減少,導致前T淋巴細胞不能發育為成熟的T細胞而引起一系列免疫功能減退。
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骨髓 骨髓是位於較大骨骼的最內層構造,是各種血球和免疫細胞發生和分化的場所,為人體重要的中央淋巴器官。骨髓腔分為紅骨髓和黃骨髓,紅骨髓具有活躍的造血功能,由造血組織和血竇構成,骨髓造血幹細胞(hematopoietic stem cell;HSC)具有分化成不同血球的能力,當骨髓腔中出現脂肪組織即為黃骨髓,而黃骨髓只保留著造血的潛力,黃骨髓會隨著年齡增長而逐漸增多。
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在骨髓中產生的淋巴細胞有一部分會隨血流進入胸腺,發育為成熟T細胞;另一部分則在骨髓內繼續分化為成熟B細胞或自然殺手細胞(natural killer cell;NK cell),成熟的B細胞和NK細胞再隨血液循環遷移並定居於周邊淋巴器官。 骨髓是發生二次免疫反應(secondary immunity response)的主要部位,記憶性B細胞(memory B cell)在周邊淋巴器官受抗原刺激後被活化,隨後可經淋巴液和血液返回骨髓,在骨髓中分化成熟為漿細胞,以產生大量抗體,並釋放至血液循環。
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在脾臟和淋巴結等周邊淋巴器官所發生的二次免疫反應,其抗體產生速度快,但持續時間短;而在骨髓所發生的二次免疫反應,則會緩慢地、持久地產生大量抗體,成為血清抗體的主要來源。由於骨髓是人體極為重要的造血器官和免疫器官,骨髓功能缺陷時,不僅會嚴重損害造血功能,也將導致嚴重的細胞免疫和體液免疫功能缺陷,這時只有植入正常骨髓才能重建造血和免疫功能。
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第二節 非專一(特異)性防禦作用 對人體而言環境中充滿了各式各樣的致病 原,但健康的人並不常被感染與生病,這 是因為人體具有精巧的防禦系統來保護身 體以避免受到傷害,人體的防禦系統可分 為非專一(特異)性防禦與專一(特異) 性防禦兩大領域(表6-2)。 非專一性防禦作用是個體與生俱來的防衛 功能,用以防止致病原入侵人體內,本節 將就非專一性防禦作用做介紹。
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生理屏障 吞噬作用 發炎反應 發燒 干擾素 補體 自然殺手細胞
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生理屏障 皮膚:是人體與外界環境接觸面積最大的 身體構造,因此扮演了物理性屏障之防禦 角色。皮膚的最外層由緊密上皮細胞所構 成,再加上不溶性的角質蛋白(kertin),共 同形成一種堅固無法滲透與防水的保護層, 只有極少數的物質可以穿透此完整的屏障, 此外,皮膚上的毛囊及汗腺等均可協助移 除體表異物。
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黏膜:人體以皮膚將體內與外界隔絕,但 身體上仍有一些與外界相接觸的部分,如 眼睛、呼吸道、消化道及泌尿生殖道等, 在這些與外界接觸的入口與通道上,則由 黏膜來擔任防禦的功能。黏膜可藉由分泌 黏液來阻止異物的入侵,同時黏膜所分泌 之物質亦具有殺菌的功能,如淚液及唾液 中含有溶菌 (lysozyme)、胃酸可以強酸 (HCl)來殺死進入胃中的微生物等。
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吞噬作用 當致病原突破生理屏障而進入體內組織時, 身體的防禦系統會藉由吞噬作用來清除異 物(圖6-9),體內主要的吞噬細胞有三類:
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嗜中性白血球(neutrophil):為體內數量最多的白血球,在急性感染時會大量增加。當致病原突破生理屏障而進入到體內組織時,嗜中性白血球會最先到達感染區域進行吞噬作用,和釋放各種化學物質到細胞外殺滅細菌。 單核球(monocyte):在血液中並無吞噬能力,必須在穿越血管到達組織,轉變成巨噬細胞後,才具吞噬作用。
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巨噬細胞(macrophage):源自單核球,可分為兩類,一種為固定性巨噬細胞,如肝臟中的庫氏細胞(Kupffer cells);另一種為遊離性的巨噬細胞,如肺泡巨噬細胞(alveolar macrophage)。巨噬細胞是吞噬能力最強的吞噬細胞,扮演人體清道夫的角色,其主要功能是對細胞殘片及致病原進行吞噬及消化作用,並激活淋巴球或其他免疫細胞對致病原做出反應。
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發炎反應 當細菌經由皮膚傷口進入真皮層時會引發 局部發炎反應,發炎反應的過程包括趨化 作用、調理作用、吞噬作用以及肥大細胞 釋放發炎介質(如組織胺)等過程(圖6- 10),因此臨床症狀上會出現紅、腫、熱、 痛等現象。
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發炎反應對於傷口或感染部位除了可活化 防禦系統的作用外,也可減少致病原的擴 散,並使發炎處做暫時性修復。發炎反應 的目的是希望能消滅、稀釋或圍堵造成發 炎的刺激或受損的組織,但有時過度的發 炎反應也會成為致病的因素,如阿茲海默 氏症、氣喘病等。
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發燒 當人體受到某些感染時,白血球所釋放的 一種細胞激素(介白素-1β,一種內生性致 熱原)會使體溫調節中樞下視丘重新設定 體溫,而引起發燒(fever)的現象,此外細菌 之內毒素也會引起發燒。發燒可視為人體 的警報系統,可抑制細菌的活性,加速人 體新陳代謝協助人體復原,通常在造成發 燒的原因去除之後,便會自然退燒。
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干擾素 當細胞受到病毒感染時,此細胞會製造某 種胜 類物質用以干擾病毒對其他細胞的 感染能力,此物質便稱為干擾素(interferon)。 干擾素可分為α、β、γ三種,其主要作用 如下: 刺激:巨噬細胞、自然殺手細胞、T細胞的活性及抗體的生成。 抑制:細胞分裂、腫瘤生長、脂肪細胞及紅血球的成熟。
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目前已可運用基因重技術利用細菌來大量 製造干擾素,並將其應用於C型肝炎(α干 擾素)、反覆多發性硬化症(β干擾素)或 慢性肉芽腫(γ干擾素)等疾病的治療
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補體 補體(complements)包含多種由肝細胞、淋 巴球及單核球所合成的血清蛋白,當抗原 抗體結合後,必須藉由補體的活化作用才 能進一步促進吞噬作用及發炎反應,並藉 由攻膜複合體(membrane attack complex; MAC)的形成而殺死入侵的病菌。
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自然殺手細胞 自然殺手細胞是從骨髓造血幹細胞分化而來, 並於骨髓中成熟,是屬於非專一性防禦的一 員,可經由細胞表面之活化性接受器與抑制 性接受器的相互調節後,直接抵抗外來的病 毒感染以及毒殺腫瘤細胞,也可以釋放細胞 激素去影響其他的免疫細胞,共同抵抗外來 的抗原,以提供人體一道早期的防護,因此 自然殺手細胞會執行先天性免疫的功能。
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第三節 專一(特異)性防禦作用 當非專一性防禦作用無法控制致病原時, 人體的免疫系統將發揮進一步的防禦功能, 此反應稱為專一性防禦作用或稱免疫作用 (immunity)。免疫作用具有高度的專一性及 記憶性,因此再次遭遇相同的致病原時, 即能快速的產生免疫力。若依免疫系統對 抗入侵者的作用方式可分為細胞性免疫與 體液性免疫兩大類,本節將就專一性防禦 作用做介紹。
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細胞性免疫 體液性免疫
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細胞性免疫 在骨髓中產生的淋巴細胞有一部分會隨血 流進入胸腺,這群在胸腺中發育成熟的淋 巴細胞便稱為T細胞,而細胞性免疫指的是 由T細胞所主導,直接以物理性接觸方式來 摧毀受病毒感染細胞的防禦作用。T細胞的 種類及其功能如表6-3所列。
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當病毒等異物入侵身體時,巨噬細胞會藉 由吞噬作用將其吞入與分解,並將此外來 抗原往細胞膜表面移動,這些表面抗原會 激發及活化輔助型T細胞,同時可透過輔助 型T細胞來刺激毒殺型T細胞的繁殖,以摧 毀受到感染的細胞(圖6-11)。
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體液性免疫 相較於T細胞直接以物理性接觸來摧毀入侵 異物的防禦方式,B細胞則以產生抗體的方 式來進行防禦作用,因抗體是透過血液來 運送,故由B細胞所主導的抗體防禦作用便 稱為體液性免疫。
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最早是在鳥類的法氏囊(bursa of Fabricius)發 現可產生體液免疫功能的淋巴細胞,故以B 細胞稱之,但是哺乳類沒有法氏囊構造, 而目前發現在人類骨髓的基質細胞會提供 訊號,教育一群淋巴細胞發育為具有體液 性免疫功能,因骨髓的英文為bone marrow ,亦是B開頭,故仍以B細胞稱呼具 體液性免疫功能的淋巴細胞。
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如細胞性免疫作用部分所述,活化後的輔助 型T細胞可和B細胞產生交互作用,這樣的 交互作用會刺激B細胞的增殖,並使B細胞轉 變為漿細胞,以產生抗體來對抗外來的抗原 (圖6-11)。在免疫作用中能引起身體產生 反應的物質被稱為抗原(antigen),而由抗原 所引發的相對反應物質則被稱為抗體 (antibody),抗原與抗體間具有高度的專一性, 即特定的抗體僅能和特定的抗原結合引發免 疫反應。
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抗體也稱為免疫球蛋白,簡稱 Ig(immunoglobin),可分為IgA、IgD、IgE、 IgG、IgM等五大類型,不同類型的抗體參與 不同的免疫反應。在B細胞受到輔助型T細 胞的作用而轉變為漿細胞的同時,有部分的 B細胞會分化為記憶性B細胞,使B細胞具有 記憶性,當再次感染相同的抗原時,即可立 刻產生二次免疫反應(圖6-12),快速產生 抗體以防疾病的發生,疫苗的使用便是利用 B細胞的記憶性來達到疾病預防的效果。
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第四節 淋巴和免疫系統的老化 人體在性成熟之後免疫功能即開始下降, 隨著年齡的增加,免疫力及免疫監視等功 能均發生進行性的衰退,同時免疫系統對 外來抗原的免疫反應能力亦逐漸降低,而 對自身抗原所引起的免疫反應卻逐漸增強, 因此導致人體對抗環境感染的能力降低, 而使得老年人易遭受感染,或是易產生自 體免疫疾病及癌症,此種免疫功能的變化 稱之為免疫老化(immunosenescence)。
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骨髓功能的老化 巨噬細胞及自然殺手細胞功能的老化 胸腺的老化 細胞性免疫功能的老化 體液免疫功能的老化
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骨髓功能的老化 骨髓是各種血球和免疫細胞發生和分化的 場所,骨髓的質量會逐年減少,而骨髓中 脂肪的比例則增加,也就是黃骨髓會隨著 年齡增長而逐漸增多,相對而言紅骨髓的 比例則隨著年齡增長而下降。在血球數量 方面,如紅血球、白血球和血小板的數目 並不隨著老化而有太大的變化,顆粒性白 血球的數目與功能則維持不變。
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但是在需要大量生成紅血球的情況時,老 年人之骨髓功能反應變慢且不足,遇到出 血時較易發生血小板低下的情況,至於血 小板的功能是否因老化而改變,目前尚無 定論。
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巨噬細胞及自然殺手細胞功能的老化 巨噬細胞在人體非專一性防禦作用中具有 重要的吞噬功能,同時也是誘導、調節專 一性免疫反應的重要一員。老年人巨噬細 胞絕對數量沒有明顯降低,但其但細胞毒 殺的活性降低,呈現抗原的能力因老化而 變差。
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自然殺手細胞的活性隨老化而下降或維持 不變,其直接作用為破壞癌細胞,因此自 然殺手細胞的活性下降即代表身體處於容 易罹患癌症的狀態。
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胸腺的老化 胸腺是淋巴、免疫系統的重要器官,胸腺 從青春期之後逐漸退化,到老年時僅殘存 少量產生免疫因子的活力,胸腺的衰退與 萎縮是淋巴、免疫系統老化的重要指標之 一。
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在淋巴、免疫系統中,隨著年齡增加而老 化現象最明顯的就是胸腺的年齡性萎縮, 胸腺的退化主要表現在腺體的萎縮、脂肪 與結締組織的增加、表皮細胞和胸腺細胞 的減少等組織結構上的改變。
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老年人胸腺的退化和質量的減少十分明顯, 從15~75歲會減少90%,50歲時胸腺殘存量 僅為最發達時期的5%左右。胸腺是T細胞 分化、增殖、成熟的中樞器官,其退化會 造成T細胞數量及胸腺素分泌量的減少,此 結果導致來自於骨髓的前T淋巴細胞不能發 育為成熟的T細胞,而引起一系列免疫功能 的衰退。
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細胞性免疫功能的老化 在老化過程中,細胞免疫功能的衰退是以T 細胞功能下降和免疫活性因子減少最為顯 著,老年人由於胸腺的萎縮,前T淋巴細胞 分化減少,雖然T細胞總數不變,但各種T 細胞的數量和免疫功能均產生改變。
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TC細胞的免疫殺傷力明顯下降,尤其是老 年人TC細胞對同種細胞的作用下降顯著; 由於TS細胞功能升高,使人體免疫監視功 能下降而導致腫瘤的發生率增加,伴隨著 老化,TS細胞對自身抗體生成的抑制減弱, 致使自身抗體明顯增加,形成更多的免疫 複合物,因而易發生自體免疫性疾病,如 關節炎、紅斑性狼瘡症等。
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體液免疫功能的老化 在老化過程中,體液免疫的變化為B細胞的 數目維持不變或減少,但功能與反應能力 降低,當接受外來抗原刺激時抗體的產生 能力下降,而針對自身抗原的抗體產生量 則增強,另外發現B細胞膜上的免疫球蛋白 接受器濃度會隨著年齡的增長而顯著降低。
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由於免疫系統的老化,老年人對外來抗原 的反應較差,因此對疫苗的反應會減低, 例如:在接種破傷風類毒素後所生成的抗 體在短時間內即消失。此外,老年人容易 罹患感染症與惡性腫瘤可能也與免疫系統 的老化有關。
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