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人教版高中生物选修一
第4章 第4节
免疫学的应用
学习目标、重难点 核心素养
1.了解疫苗发挥作用的原理和特点 2.说出器官移植的原理和所面临的问题 3.认识疫苗的作用原理和特点,应用所学知识解释生活现象 4.关注生物科技前沿成果,培养自主获取知识的能力,认识到免疫学的进步对人类健康的重要性。 1.科学思维:基于具体实例,阐明疫苗的作用及器官移植面临的问题。
2.社会责任:借助免疫学相关知识,理性看待疫苗接种过程中出现的问题,并结合自身条件理性选择疫苗。
重点:疫苗发挥作用的原理。 难点: 1、疫苗发挥作用的抗原与抗体的关系。 2、器官移植与组织相容性抗原之间的关系。 某同学在流感开始大规模流行前接种了流感疫苗,可是没过一两个月,她患流感了;而她听说接种过一次麻疹疫苗,终生就不会得麻疹了。她对此很困惑:这到底是什么原因呢?
讨论1:为什么注射的流感疫苗没起到预防作用呢?
麻疹病毒单一而稳定,因此当一个人感染了麻疹病毒以后身体产生相应的抗体和记忆细胞,可以保证人不再被相同的麻疹病毒感染,也就是不再患第二次麻疹。
麻疹病毒
讨论2:为什么接种过一次麻疹疫苗,终生就不会得麻疹了?
流感病毒极易发生变异,该同学注射的流感疫苗所预防的流感与她所患的流感可能不是同一个类型的、所以没有起到预防作用。
问题探讨
在人类的历史上,传染病夺去了无数人的生命。而免疫学正是在人类与传染病斗争的过程中发展起来的。现在随着人类对免疫系统认识的深入,免疫学得到了越来越广泛的应用。疫苗的发明和应用,就是典型的例证。
问题探讨
我国是世界上最早用免疫的方法预防传染病的国家。
一、疫 苗
资料1 中国古代人痘接种过程:“打开天花患者的小脓疱,用棉花吸沾一点脓液,并使之干燥……然后放入可能患天花人的鼻子里。”被接种者会轻度感染天花,大部分可以自愈,死亡率约2%。
问题:推测人痘接种中的有效成分是什么?为什么被接种者会轻度感染天花并痊愈?
减毒的天花病毒,引起免疫系统反应轻度感染天花,但由于接种的天花病毒毒性已经减弱,被接种者完全可以通过免疫系统实现自愈。
法国科学家巴斯德有关疫苗的研制,开创了科学地进行免疫接种的新时期。
主要成就:
疾病的病菌说, 否定微生物自然发生说;
巴氏杀菌法, 研制狂犬病疫苗等多种疫苗
(1822年12月27日—-1895年9月25日),法国微生物学家、化学家,近代微生物学的奠基人。
什么是疫苗? 疫苗的作用是什么?疫苗的种类有哪些呢?
巴斯德 简介
一、疫 苗
一、疫 苗
1.概念:
疫苗通常是用_____的或_____的_______制成的生物制品;
灭活
减毒
病原体
2.机理:?
思考1:注射疫苗发挥作用的过程和真正的病毒入侵相同吗?请联系前文绘制出疫苗作用机理图
真正的病原体
记忆
B细胞
浆细胞
抗体
清除病原体
B细胞
疫苗
浆细胞
记忆B细胞
抗体
辅助性T细胞
APC
接种疫苗后,人体内可产生相应的抗体(以及产生相应的记忆细胞),从而对特定的传染病具有抵抗力。
特点1:具有 :
特点2:具有 :
特异性
记忆性
接种一种疫苗一般只能预防一种病原体引起的传染病
免疫力能维持较长的时间
思考2:结合机理,我们发现疫苗在免疫反应过程中相当于什么成分?疫苗的作用是什么?
相当于病原体。当疫苗进入人体后,它携带的抗原被免疫系统识别,从而引发免疫反应。
生活中的疫苗有哪些?
(1)天花疫苗:
(2)卡介苗
脊髓灰质炎疫苗
麻疹疫苗
(3)人乳头瘤病毒(HPV)疫苗:
(4)我国研制的预防某个亚型的禽流感疫苗:
百白破三联疫苗
3、实例:
根除了天花
预防结核病
预防麻疹
即:糖丸,预防脊髓灰质炎(小儿麻痹)
预防百日咳、白喉、破伤风
预防由HPV引起的几种子宫颈癌
世界上第一个预防癌症的疫苗(美国)
是我国首个人和动物的DNA疫苗
一、疫 苗
2006年,世界上第一个预防癌症的疫苗——人乳头瘤病毒(HPV)疫苗获得美国的批准。
2006年,人乳头瘤病毒(HPV)疫苗获得美国的批准。该疫苗可以预防由 HPV 引起的几种子宫颈癌,是世界上第一个预防癌症的疫苗,在人类研发癌症疫苗的道路上具有里程碑式的意义。
2018年5月,我国首个人和动物的DNA疫苗获得新兽药证书,用于预防某个亚型的禽流感,这是新型的基因工程疫苗。
一、疫 苗
3.疫苗的类型(根据病原体的不同处理区分疫苗)
项目 灭活疫苗 减毒疫苗
定义
优点
缺点
例子
又称死疫苗,用理化方法将病原微生物杀死制成疫苗。丧失了致病能力,但抗原特性保留。
又称活疫苗。用减毒或无毒力的活病原微生物制成的疫苗。
易保存、运输;
毒力无法恢复,安全性高
接种一次即可免疫效果持久;既可产生体液免疫,也可产生细胞免疫。
需要多次接种;只产生体液免疫,不产生细胞免疫
毒力有可能恢复,安全性低;不易保存、运输
狂犬疫苗、流感疫苗、人乳头瘤病毒 (HPV)疫苗等
卡介苗、麻疹疫苗、天花疫苗、脊髓灰质炎疫苗(糖丸)等
P83 思考3:疫苗必须包含一个完整的病原体吗?为什么?
亚单位疫苗,是通过基因工程获得的具有免疫活性的病原特异性结构蛋白,刺激人体产生抗体。
P83 思考3:疫苗必须包含一个完整的病原体吗?为什么?
一、疫 苗
疫苗不必包含一个完整的病原体。一般情况下,引起免疫反应的并不是整个病原体,而是病原体所含有的抗原(具有抗原性即可),如蛋白质、多糖等。
补充:疫苗技术的发展——三代疫苗技术
第一代疫苗:
第二代疫苗:
第三代疫苗:
“打”病原体
“打”蛋白(抗原)
“打”核酸(遗传物质)
指的是灭活疫苗和减毒疫苗
是核酸疫苗,包括DNA疫苗和mRNA疫苗
注意:注入核酸疫苗后引发特异性免疫的并非病毒的核酸,而是其表达出的抗原蛋白。
第一代疫苗
“打”病原体
“打”蛋白
“打”核酸
第二代疫苗
第三代疫苗
拓展:疫苗接种技术线路
一、疫 苗
3.疫苗的类型
(3)核酸疫苗:将抗原蛋白的基因(mRNA或DNA )直接注入人体内,利用人体细胞产生抗原蛋白。例如新型乙肝疫苗、某个亚型的禽流感疫苗等
RNA疫苗:是将编码抗原决定簇的mRNA导入细胞,生产相应的蛋白质,进而引起机体产生免疫应答。(新冠疫苗)
优点:无需整合到宿主细胞基因组中,可直接翻译。
DNA疫苗:指将编码某种蛋白质抗原的外源基因直接注射到动物体内,产生的抗原(外源基因表达的蛋白质)激活机体的免疫系统,从而诱发强而持久的体液免疫和细胞免疫应答。(新型乙肝疫苗、亚型的禽流感疫苗)
优点:是稳定经济、使用一次即可产生长期免疫力,无需增加剂量。
某些疾病来讲,注射疫苗可能是__________ 的预防措施,挽救了无数人的生命。P83
4.意义:
唯一有效
Vero细胞中培养
新
冠
病
毒
灭活病毒
注射
人体
S蛋白基因(DNA)
质粒
重组质粒
导
入
CHO细胞
S蛋白
人体
注射
提纯
人体
注射
5型腺病毒
注射
人体
S蛋白的mRNA
脂质体
mRNA疫苗
人体
注射
①
②
③
④
⑤
1、判断以下新冠疫苗5条技术路线分别属于第几代疫苗?
趁热打铁
第一代疫苗
第三代疫苗
第二代疫苗
第三代疫苗
第三代疫苗
我国免疫规划疫苗儿童免疫程序表
1、为什么有的疫苗需要接种两次或三次?
2、为什么两次接种乙肝疫苗要间隔一定的天数?
产生更多的抗体和记忆细胞。
①时间间隔太短:前一次产生的抗体水平较高,将后一次接种的疫苗中和,降低疫苗的作用效果。
②时间间隔太长:前一次产生的记忆细胞较少,使得后一次接种的疫苗产生的免疫加强效果下降。
3、在小宝宝接种了流感疫苗,大夫提醒他说:“这一两天要留意,可能会有轻微发烧或其他症状。”为什么接种疫苗可能会有轻微的反应
疫苗通常是用灭活的或减毒的病原体制成的生物制品,接种的疫苗作为外来抗原可激发机体发生免疫反应,有些疫苗尤其是减毒疫苗引发的免疫反应相对强烈
一、疫 苗
思考·讨论:接种疫苗时遇到的问题
一、疫 苗
P83 思考·讨论:接种疫苗时遇到的问题
4.患免疫缺陷的儿童能否接种疫苗,尤其是减毒活疫苗?为什么?
5.有人认为,接种多种疫苗很麻烦,应该设计一种用来预防多种疾病的疫苗。这种想法可行吗 请谈谈你的理由。
这种想法是可行的;因为免疫反应具有特异性,不同疫苗可以引发不同的免疫过程,产生不同的记忆细胞。理论上,制备联合疫苗时要保证其中含有不同的有效抗原成分。临床应用中已有不少联合疫苗,例如,百白破三联疫苗可以同时预防百日咳、白喉、破伤风,还有麻疹、风疹二联疫苗,流行性脑膜炎二价疫苗等。
一般情况下,不建议患免疫缺陷的儿童接种疫苗,特别是减毒活疫苗。这是因为这些儿童的免疫力较低,接种疫苗相当于受到外来抗原的刺激,处理不当,容易引起强烈的免疫反应。
·
·
(1)疫苗都是抗原。( )
易错提醒
接种疫苗属于免疫学应用中的免疫预防
(2)由灭活或减毒的病原体制成的疫苗可以自由扩散进入细胞内。( )
(3)疫苗只能注射,不能口服。( )
一、疫 苗
(4)注射疫苗后疫苗会立即引起免疫作用。( )
(5)抗狂犬病血清(或抗狂犬病免疫球蛋白)和本疫苗绝不能使用同一支注射器,也绝不能在同一部位注射”( )
×
×
×
×
√
(1)疫苗并不都是抗原。疫苗可以由灭活的或减毒的病原体制成,也可以由抗体制成,接种抗体类疫苗通常用于紧急预防。
(2)由灭活的或减毒的病原体制成的疫苗作为抗原起作用,是大分子物质。
(3)疫苗不是只能注射。接种疫苗最常见的方式有两种:注射(如流感疫苗、乙肝疫苗等)和口服(如脊髓灰质炎疫苗)。
(4)疫苗作为抗原进入人体后,要经过处理、传递、识别以及淋巴细胞的增殖、分化后才能产生抗体。因此,注射疫苗一段时间后才具有免疫力。
(5)抗狂犬病血清中有特异性抗体,本疫苗相当于抗原,如果使用同一注射器或在同一部位注射,可能直接引起抗原抗体的特异性结合,失去效果。
趁热打铁
2.(2024·河北衡水高二校考)某儿童服用含有脊髓灰质炎减毒活疫苗的糖丸后,其血清抗体浓度相对值变化如图所示。下列叙述错误的是( )
A.该疫苗保留了脊髓灰质炎病毒的抗原性
B.疫苗成功诱导了该儿童的体液免疫反应
C.与灭活疫苗相比,减毒活疫苗安全性更好
D.一般不建议患免疫缺陷病的儿童接种该疫苗
C
二、器官移植
阅读教材P83-84 思考.讨论:
面临的问题
免疫排斥
供体器官短缺
什么是器官移植,器官移植主要面临哪些问题?
1.器官移植:医学上把用正常的器官置换丧失功能的器官,以重建其生理功能的技术。
免疫细胞
识别“自己”
自身细胞
身份标签组织相容性抗原(MHC)
器官移植的关键:
取决于供体与受体的HLA是否一致或相近(相似度达到50%以上)。
二、器官移植
2.免疫排斥:
人类的称为HLA(人类白细胞抗原)
每个个体(MHC)都是不一样的。如果将别人的器官或组织移植过来,免疫细胞就能识别HLA不同而发起攻击。而这个过程就是免疫排斥。
思考:在不能100%配型成功的情况下,如何提高移植器官的成活率?
①自体干细胞培养相应的组织、器官的移植
②受体在器官移植初期使用免疫抑制剂
免疫抑制剂抑制B细胞和T细胞,主要抑制T细胞进行细胞免疫,降低排斥,提高成活率。
为什么?
?
这是因为受体和供体的组织相容性抗原越一致,在进行移植时发生免疫排斥的可能性就越低,移植的器官就越容易存活;如果配型不合适,发生排斥的可能性就大,就不适合移植。
移植器官和受体的组织相容性抗原是相同的,移植后发生免疫排斥的可能性很小。
MHC代表主要组织相容性复合体,HLA是人类白细胞抗原,
简单地说,HLA是人体的MHC。
思考:在进行器官移植时,运用免疫抑制剂可以提高成活率。但这些药物会使淋巴细胞减少,因而患者容易患感染性疾病。这一问题该如何解决?
需要在用免疫抑制剂药物与预防感染之间寻求平衡,并尽量使运用免疫抑制剂的病人避免接触病原体,或通过适当的锻炼,提高自身免疫力。
二、器官移植
知识拓展:免疫豁免
那是不是所有的异源器官移植都会引起免疫排斥?
人体某些部位具有免疫“特权”,它们能够耐受抗原的侵入而不会引起免疫反应。在免疫豁免部位,移植的器官可以存活很长时间而不发生免疫排斥反应。
如眼角膜就属于免疫豁免部位,眼角膜移植不必考虑配型。睾丸也属于免疫豁免部位,这也是鸡睾丸移植(上一章)能够成功的原因。在研究内分泌的实验方法中,将新的内分泌腺植入已去除内分泌腺的动物体内时,可能会发生免疫排斥。
3.器官移植面临的问题及希望
二、器官移植
据统计,我国每年需要肝移植的人数是20万-30万人,而2015年我国完成的肝移植手术仅仅2 000多例。
2015年中国有2 766人在生命终结之时,捐献出了自己的器官。
每年器官移植数量的比例是30:1仅约1万人能等来移植的机会。
解决方法:
1.利用干细胞培养相应的组织、器官;
2.异种移植;
3.鼓励更多的人自愿捐献器官
胚胎干细胞培养的心脏
③ 利用基因工程技术生产没有免疫排斥的猪器官
猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似,而且猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要远远少于灵长类动物。
人体移植器官短缺
寻求可代替的抑制器官
猪的内脏与人相似
在器官供体基因组中导入某种调节因子
抑制抗原决定基因的表达或除去抗原决定基因
结合克隆技术
培育出无免疫排斥的转基因克隆猪器官
拓展:器官移植的希望
二、器官移植
3.下列关于器官移植的说法,错误的是( )
A.胸腺肽能诱导造血干细胞生成具有免疫活性的T淋巴细胞,器官移植病人不适合使用胸腺肽
B.手术后患者要服用免疫抑制剂,以提高移植器官的成活率
C.免疫抑制剂如类固醇、环孢霉素A的使用会使淋巴细胞减少,反而容易患感染性疾病
D.免疫抑制剂主要作用于B细胞
趁热打铁
D
免疫治疗
免疫学应用
免疫预防
免疫诊断
灭活疫苗
减毒疫苗
新型疫苗
免疫球蛋白:丙种球蛋白
抗毒素:如白喉抗毒素
注射抗体
人工主动免疫
注射抗原
人工被动免疫
三、免疫学在临床实践上的应用
患病前的措施。即根据特异性免疫原理,采用人工方法将抗原或抗体制成各种制剂,接种到人体内,使人体产生对特定传染病的抵抗能力,达到预防某些疾病的目的。
三、免疫学在临床实践上的应用
2. 免疫诊断
根据抗原和抗体反应的高度特异性,将免疫学技术和制剂用于临床诊断。
检测肿瘤标志物(如甲胎蛋白AFP)
检测病原体
早孕检测
早孕试纸中含有能够与HCG(人绒毛膜促性腺激素)结合的抗体,能够与HCG结合,并形成抗原抗体复合物,最后再与色素分子结合,并在试纸上显现条带。
思考:医生判断疑似患者是否为新型冠状病毒感染者,采集鼻咽拭子主要用于病原学检查,检测病毒的________,采集血液样本主要用于血清学检查,检测___ __;但后者检测容易造成假阴性(已经感染,但测试结果看起来没有被感染),其可能原因是___________________
_________________________________________________________________________________________________________。
核酸
抗新型冠状病毒抗体
抗体的产生需要时间,一般几天至几周不等,有些免疫功能较弱的病人可能血清中抗体含量很低,不会出现新冠病毒抗原与抗体的杂交带
新冠试剂盒:
不用采血,检测新冠抗原
3种检测诊断中,准确率最高的是:
检测病原体的核酸
三、免疫学在临床实践上的应用
患病后的措施。即通过对人体输入抗体、胸腺素、细胞因子等某些药物或生物制剂等,调整病人的免疫功能,从而达到治疗疾病的目的。
免疫治疗
免疫增强疗法
针对免疫功能低下者
如输入抗体、细胞因子等免疫活性物质
免疫抑制疗法
治疗一些自身免疫病
治疗类风湿关节炎、系统性红斑狼疮等常使用免疫抑制剂
免疫重建
将正常个体的造血干细胞或淋巴细胞转移给免疫缺陷个体,以恢复其免疫功能。
3. 免疫治疗
三、免疫学在临床实践上的应用
用肥皂水或清水彻底清洗伤口至少15分钟
用碘酒或酒精局部消毒
尽快注射抗狂犬病毒血清或用血清浸润咬伤部位
尽快注射狂犬疫苗
局部伤口不涂东西、不包扎,以利伤口排毒
如果不小心被狗狗咬了,我们应该这样做:
拓展:联系实际
抗体?抗原?
4.(2024·宁夏育才中学高二校考)某同学意外被锈钉扎出一较深伤口,经查体内无抗破伤风的抗体。医生建议使用破伤风类毒素(抗原)和破伤风抗毒素(抗体)以预防破伤风。下列叙述正确的是( )
A.伤口处有化脓现象是人体自身的T细胞攻击破伤风杆菌产生的免疫应答
B.注射破伤风类毒素属于免疫预防,注射破伤风抗毒素属于免疫治疗
C.注射破伤风类毒素,会激活记忆细胞产生抗体
D.有效注射破伤风抗毒素对人体的保护时间长于注射破伤风类毒素
趁热打铁
B
免疫学的应用
疫苗
概念:用灭活的或减毒的病原体。
机理:接种疫苗后,人体内可产生相应的抗体(以及相应的记忆细胞 ),从而对特定传染病具有抵抗力。
特点:特异性、记忆性。
种类:灭活疫苗(狂犬疫苗)、减毒疫苗(骨髓灰质炎糖丸)、DNA疫苗(新型乙肝疫苗)mRNA疫苗(新冠疫苗)
器官移植
配型:取决于供体与受体的HLA是否一致或相近(相似度达到50%以上)。
失败的原因:免疫排斥(主要是细胞免疫)。
解决方法:①自体干细胞培养相应的组织、器官的移植
解决方法:②受体在器官移植初期使用免疫抑制剂
③利用基因工程技术生产没有免疫排斥的猪器官
免疫预防
免疫治疗
免疫诊断
人工主动免疫
人工被动免疫
抗原抗体反应的高度特异性
免疫抑制疗法
治疗一些自身免疫病;如类风湿关节炎等疾病系统性红斑狼疮等常使用免疫抑制剂
免疫增强疗法
免疫重建
免疫功能低下者
如输入抗体、细胞因子等免疫活性物质
将造血干细胞等移给免疫缺陷个体,恢复其免疫功能。
课堂小结
1.(2024·江西高二联考)某疫苗为全病毒灭活疫苗,该种疫苗需要注射两剂,且间隔一个月。注射疫苗后出现低烧等症状属于正常现象。下列叙述错误的是( )
A.灭活的病毒相当于抗原
B.接种该疫苗后,人体能够获得对多种病原体的免疫力
C.注射两剂疫苗能促进机体产生更多的记忆细胞
D.出现低烧等症状可能是疫苗引发人体的免疫反应导致的
课后训练
B
2.下列关于器官移植的说法,错误的是( )
A.胸腺肽能诱导造血干细胞生成具有免疫活性的T淋巴细胞,器官移植病人不适合使用胸腺肽
B.手术后患者要服用免疫抑制剂,以提高移植器官的成活率
C.免疫抑制剂如类固醇、环孢霉素A的使用会使淋巴细胞减少,反而容易患感染性疾病
D.免疫抑制剂主要作用于B细胞
课后训练
D
3.我国政府规定,新生儿必须在六个月内三次接种乙肝疫苗,若接种成功,相关说法正确的是( )
A.相应抗体遇双缩脲试剂显蓝色
B.多次注射疫苗后浆细胞能在体内长期停留
C.产生的抗体可裂解乙肝病毒
D.产生的抗体可抑制病原体的繁殖和对人体细胞的黏附
课后训练
D
4.如图中的曲线显示了两种使人体获得免疫力的方法。请思考判断回答下列问题。
(1)当一个人被疯狗咬伤时采用(图中的)哪种方法进行免疫比较好?
提示:人被疯狗咬伤后,需要抗体尽快与抗原结合。从曲线趋势可以判断方法①较好。
(2)方法①与方法②相比,哪种方法具有更持久的免疫力?
提示:方法②是通过注射抗原刺激机体自身产生抗体和记忆细胞,会获得比方法①更持久的免疫
(3)方法②往往要多次注射抗原类物质,为什么?
提示:通过多次注射抗原类物质(疫苗)可以增加体内记忆细胞的数量,以提高机体的免疫力。
课后训练
人被疯狗咬伤后,需要抗体尽快与抗原结合。从曲线趋势可以判断方法①较好。
方法②是通过注射抗原刺激机体自身产生抗体和记忆细胞,会获得比方法①更持久的免疫力。
通过多次注射抗原类物质(疫苗)可以增加体内记忆细胞的数量,以提高机体的免疫力。
巴斯德将感染了狂犬病的兔的神经组织制成匀浆,每天取样给家兔注射。开始几天被注射的家兔都会发病,但随着匀浆放置时间的延长,家兔发病的反应越来越弱,放置10~14天的匀浆失去家兔患病的作用。这时,如果再给这些没有发病的、被注射了“过期病兔神经组织匀浆”的家兔注射新鲜病兔的神经组织匀浆,家兔也不会发病了。1885年巴斯德将匀浆折射给一个9岁的被疯狗咬伤的小男孩,连续注射十几天后,小男孩活下来了。这位小男孩就是世界上第一位狂犬病疫苗注射者。后来,巴斯德制成了狂犬病疫苗,即过期病兔的神经组织匀浆。
(1)据上述资料推测,巴斯德所制作的狂犬病疫苗的本质是什么?
曾寄生于兔神经组织的狂犬病病毒
(2)为什么要对小男孩连续注射十几天呢?
需要进行微量叠加
拓展应用
巴斯德将感染了狂犬病的兔的神经组织制成匀浆,每天取样给家兔注射。开始几天被注射的家兔都会发病,但随着匀浆放置时间的延长,家兔发病的反应越来越弱,放置10~14天的匀浆失去家兔患病的作用。这时,如果再给这些没有发病的、被注射了“过期病兔神经组织匀浆”的家兔注射新鲜病兔的神经组织匀浆,家兔也不会发病了。1885年巴斯德将匀浆折射给一个9岁的被疯狗咬伤的小男孩,连续注射十几天后,小男孩活下来了。这位小男孩就是世界上第一位狂犬病疫苗注射者。后来,巴斯德制成了狂犬病疫苗,即过期病兔的神经组织匀浆。
(3)现在用的狂犬病疫苗与巴斯德制作的疫苗有区别吗?
现在狂犬病疫苗多使用动物细胞培养技术制备,而巴斯德的狂犬病疫苗是凭经验制成的,可能含有活病毒和灭活病毒。
本质上它们没有区别,但制作方法是不一样的。
拓展应用