Биологические факторы защиты

Тема лекции 2: Защита слизистыхоболочеки кожи

Неспецифические факторы защиты слизистых оболочек и кожи

Кожные покровы и слизистые оболочки являются основными зонами контакта макроорганизма с микроорганизмами, в том числе патогенными.

Согласно статистическим данным инфекционные заболевания не являются основной причиной смертности, однако от них во всем мире ежегодно погибает огромное количество людей. По данным ВОЗ (2008 г.) около 4 млн.

человек по всему миру ежегодно умирает от острых респираторных инфекций, 2,2 млн. человек – от кишечных инфекционных заболеваний, 1,5

млн. человек – от туберкулеза. В настоящее время продолжают умирать от кори (400 тыс. человек в год) и коклюша (почти 300 тыс. человек ежегодно).

К этому списку стоит добавить ВИЧ/СПИД, который является причиной смерти 2 млн. человек ежегодно.

В подавляющем большинстве случаев инфекционные агенты попадают в организм через слизистые оболочки трех основных трактов – пищеварительного, дыхательного и мочеполового, реже через кожные покровы. Это обусловлено тем, что совокупная площадь поверхности слизистых оболочек организма во много раз превосходит поверхность кожи.

Слизистые оболочки пищеварительного тракта имеют наибольшую площадь

– около 300 м2, примерно 80 м2 составляет поверхность слизистых респираторного тракта, чуть менее 20 м2 – мукозальная поверхность мочеполовой системы, слезных и молочных желез. Площадь кожного покрова у взрослых колеблется в пределах1,2-2,0м2.

Таким образом, слизистые оболочки и кожа являются первым барьером на пути проникновения патологических агентов внутрь организма. Именно здесь развиваются ранние иммунологические события при инфекционных процессах, однако механизмы защиты от внешней агрессии у них несколько отличаются.

Первая линия обороны – это неиммунные или неспецифические факторы защиты слизистых оболочек и кожи (таблица 1).

Таблица 1 – Неспецифические факторы защиты от инфекционных агентов

Наружный слой слизистых оболочек представлен однослойным (иногда многорядным) эпителием, под ним располагается слой рыхлой соединительной ткани (Lamina propria), который богат кровеносными и лимфатическими сосудами, а также клетками иммунной системы.

Наружный слой кожи представлен многослойным ороговевающим эпителием – эпидермисом. Кератиноциты эпидермиса, находящиеся на разных стадиях дифференцировки, располагаются над базальной мембраной в несколько слоев. Под эпидермисом располагается дерма, или собственно кожа, которая представляет собой достаточно толстый слой соединительной ткани, который обильно снабжен сосудами, нервными окончаниями, железами, клетками, в том числе иммунной системы.

Механические факторы защиты

Несколько слоев эпителиальных клеток в коже, плотный слой эпителиальных клеток в слизистых, тесно прилегающих друг к другу,

механически отграничивают внутреннюю среду организма от внешней.

Инфицирование слизистых и кожи возможно только тогда, когда патоген колонизирует или проникает через эти барьеры при нарушении их целостности. Кожа благодаря наличию многослойного ороговевающего эпителия обладает большей прочностью по сравнению со слизистыми оболочками, которые выстланы однослойным неороговевающим эпителием.

Кроме этого, регулярное слущивание верхних слоев эпидермиса способствует удалению имеющихся на поверхности кожи микробов и инфицированных вирусами клеток. Именно поэтому через кожу поступает значительно меньше чужеродного материала, чем через слизистые оболочки.

Движение жидкостей (слизи и секретов) и воздуха также являются механическим препятствием проникновению инфекционных агентов. Так, бокаловидные клетки эпителия слизистых секретирует слизь, содержащую большое количество гликопротеинов (муцинов), которые обуславливают ее вязкость. Слизь обволакивает микроорганизмы и тем самым предотвращает их адгезию к эпителию. Ритмичные направленные движения ресничек эпителия респираторного тракта обусловливают движение слизи (мукоцилиарный клиренс), что способствует удалению микробов из организма. Перистальтические движения кишечника способствуют как продвижению пищи, так и удалению из организма инфекционных агентов вместе с непереваренными остатками еды и слизью. Слизь, выделяемая из влагалища, также способствует удалению микроорганизмов. Кроме того слизь защищает эпителий слизистых и нижележащие слои от воздействия энзимов и токсинов.

С поверхности слизистых ротовой полости, урогенитального тракта и конъюнктивы микробы удаляются с помощью смывания соответствующими секретами. Слезы механически смывают с конъюнктивы, попавшие на нее чужеродные агенты. Мочеиспускание препятствует прикреплению микроорганизмов и продвижению их вверх по мочевым путям. Турбулентное движение воздуха, возникающее при кашле и чихании, также способствует освобождению слизистых от возбудителей.

Химические факторы защиты

Кислая среда желудка (соляная кислота), пищеварительные энзимы, желчь и жирные кислоты, содержащиеся в желудочно-кишечномтракте, создают химический барьер на пути проникновения инфекции. К химическим факторам, препятствующим размножению бактерий также относят слабокислую pH кожи (органические кислоты секрета потовых желез) и слизистой влагалища (молочная кислота, синтезируемая нормальной флорой влагалища).

Важную роль в защите слизистых играют антибактериальные пептиды,

к которым относятся энзимы, дефензины, кателецидины, гистатины и лектины. Наиболее изученные антимикробные энзимы это лизоцим и секреторная фосфолипаза А2. Они секретируются эпителиальными клетками и фагоцитами, содержатся в слезах, слюне и некоторых других жидкостях.

Механизм действия этих веществ различен и связан с особенностями строения клеточной стенки бактерий. Клеточная стенка грамположительных бактерий состоит из двух слоев: внутренний – цитоплазматическая клеточная мембрана (бислой фосфолипидов), внешний – слой пептидогликанов.

Пептидогликаны клеточной стенки представляют собой плотную трехмерную сеть, состоящую из чередующихся между собой остатков N-

ацетилглюкозамина (GlcNAc) и N-ацетилмурамиловойкислоты (MurNAc),

связанных пептидными мостиками. В сеть пептидогликана встроены молекулы тейхоевой и липотейхоевой кислот, который связывают слой пептидогликана с цитоплазматической мембраной. У грамотрицательных бактерий также есть эти два слоя, но над тонким слоем пептидогликана находится третий – липидный слой, состоящий из липополисахаридов и протеинов. Липидный слой защищает пептидогликаны от прямого действия ферментов.

Механизм действия лизоцима основан на разрушении пептидных связей между остатками GlcNAc и MurNAc – в результате нарушается целостность пептидогликанового слоя и обнажается цитоплазматическая мембрана клетки. Фосфолипаза А2 в свою очередь разрушает нижний слой клеточной стенки бактерий – цитоплазматическую клеточную мембрану, что приводит к гибели микроба. Очевидно, что лизоцим будет более эффективен в отношении грамположительных микроорганизмов, у которых пептидогликановый слой доступнее, чем у грамотрицательных бактерий.

Дефензины представляют собой филогенетически самый древний класс антимикробных агентов, которые имеются не только у млекопитающих, но даже у насекомых и растений. Механизм действия дефензинов схож действием фосфолипазы. Гидрофобная положительно заряженная молекула дефензина легко встраивается в отрицательно заряженный билипидный слой клеточной мембраны, а далее за счет сил отталкивания, возникающих между одинаково заряженными молекулами дефензина, цитоплазматическая мембрана буквально разрывается – формируется пора, через которую бактерия теряет важные компоненты и погибает.

Кателецидины также являются пептидами и по своему строению незначительно отличаются от дефензинов. Кателицидины у человека кодируются только одним геном и не имеют такого разнообразия субсемейств как дефензины. Кателецидины синтезируются нейтрофилами, макрофагами, кератиноцитами кожи, а также эпителиальными клетками легких и кишечника в ответ на инфекцию.

Гистатины секретируются околоушной, подъязычной и поднижнечелюстной слюнными железами ротовой полости. Представляют собой короткие, богатые гистидином пептидные цепочки, активные против патогенных грибов, таких как Candida albicans иCryptococcus neoformans.

Лектины представляют собой бактерицидные протеины, связанные с углеводным компонентом. RegIIIγ – представитель семейства лектинов,

секретируется клетками Панета в просвет кишечника. Здесь он связывается с пептидогликаном клеточной стенки бактерий и оказывает прямое бактерицидное действие. Действует преимущественно на грамположительные бактерии, поскольку пептидогликановый слой у них расположен более поверхностно и, следовательно, более доступен.

Спектр секретируемых антимикробных веществ и клетки их продуцирующие различны в разных компартаментах. Так, в коже кератиноциты нижних слоев эпидермиса синтезируют кателицидины и β-дефензины. По мере дифференцировки и созревания кератиноцитов, продуцируемые ими антимикробные субстанции накапливаются в этих клетках в липидсодержащих секреторных органеллах – ламеллярных тельцах. Из ламеллярных телец содержимое секретируется в межклеточное пространство. Этот секрет формирует защитный водонепроницаемый липидный слой, скрепляющий между собой ороговевшие клетки эпидермиса и обладающий антимикробной активностью.

Эпителий кишечника содержит специализированные клетки – клетки Панета, которые расположены на дне крипт и синтезируют несколько видов антимикробных веществ: 21 вид разных α-дефензинов(криптидинов) и β-дефензинов, лектин RegIII, а также лизоцим и фосфолипазу А2.

Специализированные клетки эпителия легких – пневмоциты 2 типа, расположены в альвеолах, синтезируют и накапливают в ламеллярных тельцах компоненты сурфактанта и β-дефензины.Содержимое ламеллярных телец секретируется в альвеолы и формирует защитную пленку – сурфактант.

В первичных и вторичных гранулах нейтрофилов наряду с другими активными веществами также содержатся дефензины и кателицидины.

Содержимое нейтрофильных гранул после слияния с фагосомой изливается в нее и способствует гибели фагоцитированных микроорганизмов.

Биологические факторы защиты

Биологическим фактором защиты является нормальная микрофлора –

бактерии-комменсалы,которые сосуществуют с нашим организмом в симбиозе и в обычных условиях не являются патогенными. Однако при определённых обстоятельствах некоторыебактерии-комменсалы, принадлежащие к условно-патогенноймикрофлоре, способны вызывать заболевания макроорганизма. Комменсальные микроорганизмы заселяют кожу и почти все слизистые оболочки (за исключением слизистых мочевого пузыря и почек, а также нижних отделов дыхательного тракта), хотя их распределение и численность весьма неоднородны и определяются анатомическими и физиологическими особенностями слизистых.

Наибольшее видовое разнообразие микроорганизмов отмечено в желудочно-кишечномтракте (ЖКТ), здесь выявляется по данным разных авторов от 500 до 1000 видов. Плотность и многообразие микрофлоры увеличивается по мере продвижения вдоль ЖКТ, достигая максимума в толстом кишечнике. Если в желудке плотность микробной колонизации невелика и составляет всего около103-104 КОЕ/мл, то в подвздошной кишке уже107-108 КОЕ/мл, а в ободочной – количество микроорганизмов достигает 1011–1012 КОЕ/мл. В толстой кишке бактерии составляют от 35 до 55% объема содержимого. Среди бактерий-комменсалов,культивированных из ЖКТ,95-99%являются облигатными анаэробами, из которых доминирующими представителями являются Lactobacillus, Bacteroides, Bifidobacterium, Eubacterium, Clostridium, Fusobacterium, Peptococcus, Peptostreptococcus, Escherichia иVeillonella.

В ротовой полости выявляются бактерии родов Streptococcus, Staphylococcus, Fusobacterium, Haemophilus, Neisseria, Lactobacillus иBacteroides и др. Здесь также встречаются грибыCandida albicans.

Микроорганизмы, присутствующие в верхних дыхательных путях, сходны с таковыми в ротовой полости.

Состав микрофлоры влагалища здоровой женщины включает более 50 видов анаэробных и аэробных бактерий и может меняться в зависимости от гормонального статуса. Здесь находятся и представители Streptococcus spp., Candida spp. и многие другие, новсе-такидоминируют бактерии рода Lactobacillus.

Микробные клетки часто обнаруживаются в дистальных отделах урогенитального тракта. Микрофлора уретры напоминает таковую кожи (Staphylococcus spp., Streptococcus spp.) и может время от времени содержать Escherichia coli. Колонизацию более высоких отделов тракта предотвращает смывание микроорганизмов мочой – мочевой пузырь и почки, как правило,являются стерильными.

Таким образом, из представленных основных семейств бактерий практически на всех слизистых доминирует Lactobacillus spp., однако в разных отделах они находятся в разном количественном соотношении с представителями других семейств. На коже преобладают представители Bifidobacterium spp., на втором месте – Lactobacillus spp.,микроорганизмы других семейств определяются значительно в меньшем количестве.

Нормальная микрофлора слизистых оболочек находится в состоянии симбиоза с макроорганизмом и выполняет целый ряд важных функций.

Присутствие нормальной микрофлоры на коже и слизистых подавляет рост и размножение других потенциально патогенных микроорганизмов благодаря конкуренции с патогенными микроорганизмами за пространство и питательные вещества. Кроме того, в результате жизнедеятельности бактерий-комменсаловсоздается кислая среда, в которой невозможен рост и размножение патогенных микроорганизмов – антагонизм видов. Еще одной важной функцией нормальной флоры, в частности кишечной, является поддержание нормальной барьерной функции эпителия, путем стимуляции выработки антибактериальных белков и иммуноглобулинов класса А.

Ежедневно слизистой кишечника продуцируется приблизительно 3-4грамма

IgА, что значительно превышает общее количество синтезируемых иммуноглобулинов остальных классов. Необходимым условием для поддержания таких темпов продукции IgА являются отсутствие патогенной инвазии и наличие нормальной микробиоты кишечника. В свободных от микрофлоры слизистых оболочках, например, нижних дыхательных путей, синтезируются преимущественно IgG.

Анаэробная кишечная микрофлора разлагает полисахариды (целлюлозу), которые не гидролизуются пищеварительными ферментами желудочно-кишечноготракта на моносахариды. Сахаролитические анаэробы ЖКТ катализируют образование из моносахаридов – короткоцепочечных жирных кислот, которые в значительной мере восполняют энергетические потребности эпителиоцитов толстой кишки. Нарушение обеспечения эпителиоцитов этими кислотами является одним из звеньев патогенеза язвенного колита и таких функциональных состояний, как синдром раздраженной толстой кишки.

В результате жизнедеятельности бактериальной микрофлоры происходит стимуляция моторной активности кишки, поддержание водного и ионного гомеостаза организма. Микрофлора кишечника поставляет хозяину витамины группы В, витамин К, участвует в обмене железа, цинка и кобальта. Одной из функций кишечной микрофлоры является детоксикация.

Микрофлора вместе с непереваренными сложными углеводами формирует энтеросорбент с огромной адсорбционной емкостью, который аккумулирует большую часть токсинов и выносит их из организма вместе с кишечным содержимым, предотвращая непосредственный контакт ряда патогенных агентов со слизистой.