Как организм защищается от инфекций. Механизмы защиты от болезнетворных микроорганизмов Какие механизмы препятствуют проникновению микробов

Иммунитет. Человек постоянно встречается с многочисленными болезнетворными микроорганизмами - бактериями, вирусами. Они всюду: в воде, почве, воздухе, на листьях растений, шерсти животных. С пылью, капельками влаги при дыхании, с пищей, водой они легко могут попасть в наш организм. Но человек при этом не обязательно заболевает. Почему?

В нашем организме есть особые механизмы, препятствующие проникновению в него микробов и развитию инфекции. Так, слизистые оболочки выполняют роль барьера, через который способны проникать не все микробы. Микроорганизмы распознаются и уничтожаются лимфоцитами, а также лейкоцитами и макрофагами (клетками соединительной ткани). Большую роль в борьбе с инфекциями играют антитела. Это особые белковые соединения (иммуноглобулины), образующиеся в организме при попадании в него чужеродных веществ. Антитела выделяют главным образом лимфоциты. Антитела обезвреживают, нейтрализуют продукты жизнедеятельности болезнетворных бактерий и вирусов.

В отличие от фагоцитов, действие антител специфично, т. е. они действуют только на те чужеродные вещества, которые послужили причиной их образования.

Иммунитет - это невосприимчивость организма к инфекционным заболеваниям. Он бывает нескольких видов. Естественный иммунитет вырабатывается в результате перенесенных болезней или передается детям от родителей по наследству (такой иммунитет называют врожденным). Искусственный (приобретенный) иммунитет возникает в результате введения в организм готовых антител. Это происходит, когда заболевшему человеку вводят сыворотку крови переболевших людей или животных. Можно получить искусственный иммунитет и при введении вакцин - культур ослабленных микробов. В этом случае организм активно участвует в выработке собственных антител. Такой иммунитет остается на долгие годы.

Английский сельский врач Э.Дженнер (1749-1823) обратил внимание на опасное заболевание - оспу, эпидемии которой в те времена опустошали целые города. Он заметил, что доярки болеют оспой значительно реже, а если и болеют, то в легкой форме. Он решил выяснить, почему это происходит. Оказалось, что многие доярки во время работы заражаются и болеют коровьей оспой, которую люди переносят легко. И Дженнер решился на смелый опыт: он втер в ранку восьмилетнему мальчику жидкость из гнойника на коровьем вымени, т. е. сделал первую в мире прививку- привил ему коровью оспу. Через полтора месяца он заразил ребенка натуральной оспой, и мальчик не заболел: у него выработался иммунитет к оспе.

Постепенно оспопрививание стало применяться в большинстве стран мира, и страшная болезнь была побеждена.

Переливание крови. Учение о переливании крови ведет свое начало от работ У. Гарвея, открывшего законы кровообращения. Опыты по переливанию крови животным начались еще в 1638 г., а в 1667 г. было проведено первое успешное переливание крови животного - ягненка- юноше, который погибал от многократных кровопусканий - модного тогда метода лечения. Однако после четвертого переливания крови больной умер. Опыты по переливанию крови человеку прекратились почти на целое столетие.

Неудачи наводили на мысль о том, что человеку можно переливать только кровь человека. Впервые переливание крови от человека к человеку осуществил в 1819 г. английский акушер Дж. Бланделл. В России первое успешное переливание крови от человека к человеку произвел Г. Вольф (1832). Он спас женщину, умиравшую после родов от маточного кровотечения. Научно обоснованное переливание крови стало возможным лишь после создания учения об иммунитете (И. И. Мечников, П. Эрлих) и открытия групп крови австрийским ученым К. Ландштейнером, за что в 1930 г. он был удостоен Нобелевской премии.

Группы крови человека. Представление о группах крови сформировалось на рубеже XIX-XX вв. В 1901г. австрийский исследователь К. Ландштейнер исследовал проблему совместимости крови при переливании. Смешивая в опыте эритроциты с сывороткой крови, он обнаружил, что при одних сочетаниях сыворотки и эритроцитов наблюдается агглютинация (склеивание) эритроцитов, при других - нет. Процесс агглютинации возникает в результате взаимодействия определенных белков: присутствующих в эритроцитах антигенов - агглютиногенов и содержащихся в плазме антител - агглютининов. При дальнейшем изучении крови выяснилось, что главными агглютиногенами эритроцитов оказались два агглютиногена, которые были названы А и В, а в плазме крови - агглютинины а и р. В зависимости от сочетания в крови тех и других различают четыре группы крови.

Как было установлено К. Ландштейнером и Я. Янским, в эритроцитах крови одних людей совсем нет агглютиногенов, но в плазме имеются агглютинины а и р (группа I), в крови других содержатся только агглютиноген А и агглютинин р (группа II), у третьих - только агглютиноген В и агглютинин а (группа III), эритроциты четвертых содержат агглютиногены А и В, не имеет агглютининов (группа IV).

Если при переливании группы крови донора и больного (реципиента) подобраны неправильно, то для реципиента создается угроза. Попав в организм больного, эритроциты склеиваются, что приводит к свертыванию крови, закупорке сосудов и гибели человека.

Резус-фактор. Резус-фактор - особый белок - агглютиноген, содержащийся в крови людей и обезьян - макак-резусов (отсюда и название), обнаружен в 1940 г. Оказалось, что у 85% людей в крови содержится этот агглютиноген, их называют резус-положительными (Rh+), a y 15% людей в крови нет этого белка, их называют резус-отрицательными (Rh-). После переливания резус-положительной крови резус-отрицательному человеку в крови у последнего на чужеродный белок вырабатываются специфические антитела. Поэтому повторное введение этому же человеку резус-положительной крови может вызвать у него агглютинацию эритроцитов и тяжелое шоковое состояние.

Этот вирус не распространяется при чихании, кашле и поцелуях, через воду, при рукопожатии, пользовании одной тарелкой и ложкой. Неизвестны случаи передачи вируса от человека к человеку при укусе комара или блохи. Считается, что для заражения ВИЧ необходим контакт с кровью, спермой, спинномозговой жидкостью или грудным молоком больного, причем этот контакт должен происходить в теле инфицируемого. В основном ВИЧ передается при инъекции иглой, в которой осталась инфицированная ВИЧ кровь, при переливании такой крови, от инфицированной матери младенцу через кровь или молоко, при любых половых контактах. В последнем случае вероятность заражения, естественно, возрастает в тех случаях, когда слизистая или кожа в месте контакта повреждена.

Проверьте свои знания

1. В чем суть фагоцитоза?
2. Какие механизмы препятствуют проникновению микробов в организм?
3. Что такое антитела?
4. Какое явление называется иммунитетом?
5. Какие бывают виды иммунитета?
6. Что такое врожденный иммунитет?
7. Что такое сыворотка?
8. Чем вакцина отличается от сыворотки?
9. В чем заслуга Э. Дженнера?
10. Какие бывают группы крови?

Подумайте

1. Почему при переливании крови необходимо учитывать группу и резус-фактор крови?
2. Кровь каких групп совместима, а каких - нет?

Проникновению в организм микробов препятствуют наружные оболочки нашего тела. Попавшие в организм микробы уничтожаются фагоцитами. Иммунитет- невосприимчивость организма к инфекционным заболеваниям. Различают естественный и искусственный иммунитет. По наличию или отсутствию в крови человека определенных антигенов и антител выделяют четыре группы крови. В зависимости от присутствия в эритроцитах антигена под названием «резус-фактор - людей делят на резус-положительных и резус-отрицательных.

«Сердечно сосудистая система» - Стенка сердца состоит из трех слоев - эпикарда, миокарда и эндокарда. Павлов никита занимается дзюдо, каратэ, плаванием, настольным хоккеем. Гарвардский степ-тест. Длительность восстановительного периода (в секундах). Вывод. Обладает автоматизмом. Располагается в грудной клетке загрудинно. Работа сердца описывается механическими явлениями (всасывание и выталкивание).

«Строение сердца» - Определите правую и левую половину сердца. Строение сердца пресмыкающихся. Строение сердца млекопитающих. Лёгочная артерия. Левый желудочек. Аристотель. Строение сердца человека. Какое значение имеет жидкость, выделяемая образованием, покрывающим сердце? На рисунках найдите створчатые клапаны. Найдите сосуды, впадающие в правую и в левую половины сердца.

«Урок Органы кровообращения» - Знакомство с приемами самонаблюдения за деятельностью сердечно-сосудистой системы; Кровеносные сосуды. Какие утверждения верны. Изучение органов кровообращения человека. Чрезмерные психические нагрузки не влияют на сердечно – сосудистую систему. Урок по биологии в 8 классе. Сердце. Капилляры.

«Кровь урок» - 3. Тема урока. Hb +O2. Нерастворимый фибрин тромб около 400 тыс. Механизм выполнения своих функций эритроцитами. 1.Тромбоциты 2. ионы Са 2+ 3. сывороткой крови 4. к четвёртой и к себе самой 5. реципиентом. 4. Подведение итогов. План урока. Фибрин. Человек, которому переливают кровь, называется……….. Резус-фактор.

«Кровь человека» - Iiiгруппа крови. Есть агглютиногены А и В нет агглютининов. 1667 год – проведено переливание крови ягненка больному юноше. Презентация к уроку биологии на тему: «Иммунитет» 8 класс. Особые механизмы, препятствующие проникновению микробов. Вырабатываются специальные антитела. Повторное переливание резус-положительной крови.

«Группа крови» - IV (АВ) - самая молодая. На стресс отвечают паникой. Самая старая – I группа (00). Умны, изобретательны, целеустремленны, одновременно чувствительны и агрессивны. I группа. Группы крови в России. Карта крови. Задачи: Очевидно, как результат половой активности кочевников.

Всего в теме 16 презентаций

В борьбе с микроорганизмами участвуют следующие защитные механизмы: естественные барьеры - слизистые оболочки носа, горла, дыхательных путей, кожа; неспецифические механизмы - привлечение определенных типов лейкоцитов и повышение температуры тела (лихорадка), а также специфические механизмы, в частности антитела.

Как правило, если микроб проникает через естественные барьеры, неспецифические и специфические механизмы защиты уничтожают его прежде, чем он начнет размножаться.

Естественные барьеры

В норме неповрежденная кожа препятствует вторжению в организм микробов, и подавляющее большинство их преодолевает этот барьер только в результате травмы или ожога, при укусе насекомых и т. п. Правда, существуют исключения: заражение человеческим папилломавирусом, вызывающим бородавки.

К другим эффективным естественным барьерам относятся слизистые оболочки, в частности, дыхательных путей и кишечника. В норме слизистые оболочки покрыты слизью, которая препятствует проникновению микробов.

Например, слизистые оболочки глаз орошаются слезной жидкостью, содержащей фермент, называемый лизоцимом. Он атакует бактерии, помогая защищать глаза от них. Дыхательные пути эффективно очищают поступающий в них воздух. В извилистых носовых ходах, на их стенках, покрытых слизью, задерживаются многие инородные вещества, попадающие с воздухом, в том числе и микробы. Если микроорганизм достигает нижних отделов дыхательных путей (бронхов), скоординированное движение ресничек (напоминающих волоски), покрытых слизью, выводит его из легких. Кашель также способствует удалению микроорганизмов.

Желудочно-кишечный тракт имеет ряд эффективных барьеров: кислота в желудке, панкреатические ферменты, желчь и кишечные секреты обладают антибактериальной активностью. Сокращения кишечника (перистальтика) и нормальное слущивание клеток, выстилающих кишечник, помогают удалять вредные микроорганизмы.

Что касается органов мочевыделительной системы, то у мужчин они защищены от попадания бактерий благодаря большой длине мочеиспускательного канала (приблизительно 25 см). Исключение составляют случаи, когда бактерии вносятся туда хирургическими инструментами. Влагалище женщины защищено благодаря кислой среде. Смывающий эффект при опорожнении мочевого пузыря — еще один механизм защиты у обоих полов.

Люди с нарушенными механизмами защиты более восприимчивы к некоторым инфекционным болезням /см. стр. Например, при пониженной кислотности желудочного сока повышается восприимчивость к туберкулезу и сальмонеллезам. Для поддержания механизмов защиты организма важен баланс различных видов микроорганизмов условно-патогенной флоры кишечника. Иногда под воздействием антибиотика, который принимают для лечения инфекции, не связанного с кишечником, нарушается баланс условно-патогенной флоры, в результате чего количество болезнетворных микроорганизмов увеличивается.

Неспецифические механизмы защиты

Любое повреждение, в том числе вторжение болезнетворных микроорганизмов, сопровождается воспалением. Оно мобилизует некоторые защитные силы организма в направлении к участку повреждения или инфекции. При развитии воспаления усиливается кровоснабжение, и лейкоциты могут легче проходить из кровеносных сосудов в воспаленную область.

Число лейкоцитов в крови также увеличивается; костный мозг выделяет больше клеток из депо и усиленно синтезирует новые. Нейтрофилы, появляющиеся в месте воспаления, начинают захватывать микроорганизмы и пытаются задержать их в ограниченном пространстве /см. стр. 665/. Если это не удается, к месту повреждения в увеличивающемся количестве устремляются моноциты, обладающие еще большей способностью захватывать микроорганизмы. Однако эти неспецифические механизмы защиты могут быть недостаточны при большом количестве микробов или из_за влияния других факторов, например загрязнения воздуха (в том числе табачным дымом), которые уменьшают силу механизмов защиты организма.

Повышение температуры тела

Повышение температуры тела (лихорадка) до более чем 37° С является фактически защитной реакцией организма на внедрение болезнетворных микроорганизмов или иное повреждение. Такая реакция усиливает механизмы защиты организма, вызывая у человека лишь относительно небольшой дискомфорт.

В норме температура тела в течение каждого дня колеблется. Наиболее низкие ее показатели (уровень) отмечаются в 6 часов, а самые высокие — в 16-18 часов. Хотя нормальной температурой тела обычно считают 36,6° С, верхняя граница нормы в 6 часов составляет 36,0° С, а в 16 часов — 36,9° С.

Часть мозга, называемая гипоталамусом, управляет температурой тела, и поэтому повышение температуры — следствие регулирующего влияния гипоталамуса. Температура тела повышается до нового более высокого уровня за счет перераспределения крови от поверхности кожи к внутренним органам, в результате чего уменьшается потеря тепла. Может возникать дрожь, свидетельствующая об увеличении выработки тепла в результате сокращений мышц. Изменения в организме, направленные на сохранение и выработку большего количества тепла, продолжаются, пока кровь новой более высокой температуры не достигает гипоталамуса. Затем эта температура поддерживается обычным образом. Позже, когда она возвращается к нормальному уровню, организм устраняет избыточное тепло через потоотделение и перераспределение крови к коже. При понижении температуры тела может развиваться озноб.

Температура тела может каждый день повышаться и возвращаться к норме. В других случаях повышение температуры может быть ремиттирующим, то есть она изменяется, но не возвращается к норме.

При тяжелых инфекционных болезнях в некоторых случаях, например у алкоголиков, стариков и маленьких детей, температура тела может снижаться.

Вещества, которые вызывают повышение температуры тела, называются пирогенами. Они могут образовываться внутри организма или поступать извне. К пирогенам, сформированным вне организма, относятся микроорганизмы и вещества, которые они вырабатывают, например токсины.

Фактически, пирогены, поступающие в организм извне, вызывают повышение температуры тела, стимулируя образование в организме собственных пирогенов. Пирогены внутри организма обычно вырабатываются моноцитами. Однако инфекционное заболевание — не единственная причина повышения температуры тела; температура может повышаться вследствие воспаления, злокачественной опухоли или аллергической реакции.

Причины повышения температуры тела

Обычно повышение температуры тела имеет очевидную причину. Это может быть, например, грипп или воспаление легких. Но иногда причину трудно обнаружить, например при инфицировании оболочки сердечного клапана (септический эндокардит). Когда у человека повысилась температура по крайней мере до 38,0 °С и тщательное обследование не позволяет выявить причину, врач может обозначить состояние как повышение температуры неясного происхождения.

К таким случаям можно отнести любые заболевания, сопровождаемые повышением температуры тела, но наиболее распространенные причины у взрослых — это инфекционные болезни, состояния, связанные с образованием антител против собственных тканей организма (аутоиммунные заболевания), и злокачественные опухоли (особенно лейкозы и лимфомы).

Для определения причины повышения температуры тела врач расспрашивает пациента о существующих и предшествовавших симптомах и заболеваниях, о принимаемых лекарствах, о возможных контактах с инфекционными больными, о недавних путешествиях и так далее, так как характер повышения температуры обычно не помогает при диагностике. Однако имеются некоторые исключения. Например, для малярии типично повышение температуры, возникающее через день или каждый третий день.

Сведения о недавнем путешествии, особенно за границу, или контакте с некоторыми материалами или животными могут дать ключ к диагнозу. Человек, употреблявший загрязненную воду (или лед, сделанный из загрязненной воды), может заболеть брюшным тифом. Работающий на мясокомбинате может заразиться бруцеллезом.

После выяснения таких вопросов врач проводит полное обследование, чтобы найти источник инфекции и другие признаки заболевания. В зависимости от степени повышения температуры тела и состояния пациента обследование может проводиться в амбулаторных условиях или в больнице. Исследование крови позволяет обнаружить антитела против микроорганизмов. Можно также сделать посев крови на различные питательные среды; определить число лейкоцитов в анализе крови. Повышенное содержание определенных антител помогает выявить «виновный» микроорганизм. Увеличение числа лейкоцитов обычно указывает на инфекцию.

Ультразвуковое исследование (УЗИ), компьютерная томография (КТ) и магнитно-резонансная томография (MРТ) также помогают в диагностике. Для выявления очага воспаления может использоваться сканирование радиоактивно-мечеными лейкоцитами. Поскольку лейкоциты поступают к областям скопления инфекционных агентов, а введенные лейкоциты имеют радиоактивный маркер, сканирование помогает обнаружить инфицированную область. Если результаты сканирования отрицательные, врач может произвести биопсию ткани печени, костного мозга или другого «подозреваемого» органа с последующим исследованием под микроскопом.

Снижать ли повышенную температуру тела

Уже упоминалось о положительном эффекте повышения температуры тела. Однако вопрос о необходимости ее снижения вызывает некоторые разногласия. Так у ребенка, имевшего ранее приступ судорог из-за повышения температуры тела (фебрильные судороги), ее следует снижать.

Такого же подхода требует и взрослый с заболеваниями сердца или легких, поскольку высокая температура тела увеличивает потребность в кислороде на 7% на каждый градус свыше 36,6° С. Повышение температуры тела может также вызывать нарушения функции мозга. Лекарства, способные снижать температуру тела, называются жаропонижающими средствами. Наиболее широко используемые и эффективные жаропонижающие средства — парацетамол и нестероидные противовоспалительные средства, например аспирин. Однако для снижения температуры тела детям и подросткам применять аспирин не следует, поскольку он увеличивает риск развития синдрома Рея, который может закончиться летальным исходом.

Специфические механизмы защиты

Инфекция приводит в действие всю мощь иммунной системы. Иммунная система вырабатывает вещества, специфически атакующие болезнетворные микроорганизмы. Например, антитела присоединяются к микроорганизму и помогают иммобилизовать его. Антитела могут непосредственно уничтожать микроорганизмы или облегчать лейкоцитам «работу» по их распознаванию и уничтожению. Иммунная система также может посылать клетки, называемые киллерными Т-клетками (разновидность лейкоцитов), которые специфически атакуют болезнетворный микроорганизм. Естественным механизмам защиты организма помогают противоинфекционные лекарства, например антибиотики, противогрибковые или противовирусные средства. Однако, если функции иммунной системы человека значительно нарушены, эти лекарства часто неэффективны.

Микроорганизмы вызывают развитие инфекционного заболевания и повреждение тканей тремя путями:

При контакте или проникновении в клетки хозяина, вызывая их гибель;

С помощью выделения эндо- и экзотоксинов, которые убивают клетки на расстоянии, а также ферментов, вызывающих разрушение компонентов тканей, либо повреждая кровеносные сосуды;

Провоцируя развитие реакций гиперчувствительности, которые ведут к повреждению тканей.

Первый путь связан прежде всего с воздействием вирусов.

Вирусное повреждение клеток хозяина возникает в результате проникновения и репликации в них вируса. Вирусы имеют на своей поверхности белки, связывающие специфические белковые рецепторы на клетках хозяина, многие из которых выполняют важные функции. Например, вирус СПИДа связывает белок, участвующий в представлении антигена лимфоцитами-хелперами (CD4), вирус Эпштейна-Барра - рецептор комплемента на макрофагах (CD2), вирус бешенства - ацетилхолиновые рецепторы на нейронах, а риновирусы - белок прилипания ICAM-1 на клетках слизистой оболочки.

Одной из причин тропизма вирусов является наличие или отсутствие рецепторов на клетках хозяина, которые позволяют вирусу атаковать их. Другой причиной тропизма вирусов является их способность к репликации внутри определенных клеток. Вирион или его порция, содержащая геном и особые полимеразы, проникают в цитоплазму клеток одним из трех способов:

1) путем транслокации всего вируса через плазматическую мембрану;

2) посредством слияния оболочки вируса с клеточной мембраной;

3) с помощью обусловленного рецептором эндоцитоза вируса и последующего его слияния с мембранами эндосом.

В клетке вирус теряет оболочку, отделяя геном от других структурных компонентов. Затем вирусы реплицируются, используя ферменты, различные для каждого из семейств вирусов. Для репликации вирусы используют также ферменты клетки-хозяина. Вновь синтезированные вирусы собираются в виде вирионов в ядре или цитоплазме, а затем выделяются наружу.

Вирусная инфекция может быть абортивной (с неполным циклом репликации вируса), латентной (вирус находится внутри клетки-хозяина, например heгрes zoster) и персистирующей (вирионы синтезируются постоянно или без нарушений функций клетки, например гепатит В).

Выделяют 8 механизмов уничтожения клеток макроорганизма вирусами:

1) вирусы могут вызывать торможение синтеза ДНК, РНК или белка клетками;

2) вирусный белок может внедряться непосредственно в клеточную мембрану, приводя к ее повреждению;

3) в процессе репликации вирусов возможен лизис клетки;

4) при медленных вирусных инфекциях заболевание развивается после длительного латентного периода;

5) клетки хозяина, содержащие на своей поверхности вирусные белки, могут быть распознаны иммунной системой и уничтожены с помощью лимфоцитов;

6) клетки хозяина могут быть повреждены в результате вторичной инфекции, развивающейся вслед за вирусной;

7) уничтожение вирусом клеток одного типа может привести к гибели связанных с ним клеток;

8) вирусы могут вызывать трансформацию клеток, приводящую к опухолевому росту.

Второй путь повреждения тканей при инфекционных заболеваниях связан главным образом с бактериями.

Бактериальные повреждения клеток зависят от способности бактерий прилипать к клетке хозяина или проникать в нее либо выделять токсины. Прилипание бактерий к клеткам хозяина обусловлено наличием на их поверхности гидрофобных кислот, способных связываться с поверхностью всех эукариотных клеток.

В отличие от вирусов, способных проникать в любые клетки, факультативные внутриклеточные бактерии поражают главным образом эпителиальные клетки и макрофаги. Многие бактерии атакуют интегрины клеток хозяина - белки плазматической мембраны, которые связывают комплемент или белки внеклеточного матрикса. Некоторые бактерии не могут пенетрировать клетки хозяина непосредственно, но проникают в эпителиальные клетки и макрофаги с помощью эндоцитоза. Многие бактерии способны размножаться в макрофагах.

Бактериальный эндотоксин представляет собой липополиса-харид, являющийся структурным компонентом наружной оболочки грамотрицательных бактерий. Биологическая активность липополисахарида, проявляющаяся способностью вызывать лихорадку, активировать макрофаги и индуцировать митогенность В-клеток, обусловлена наличием липида А и Сахаров. С ними связан также выброс цитокинов, включая фактор некроза опухоли и интерлейкин-1, клетками хозяина.

Бактерии секретируют различные ферменты (лейкоцидины, гемолизины, гиалуронидазы, коагулазы, фибринолизины). Роль бактериальных экзотоксинов в развитии инфекционных болезней точно установлена. Известны и молекулярные механизмы их действия, направленные на разрушение клеток организма хозяина.

Третий путь повреждения тканей при инфекциях - развитие иммунопатологических реакций - характерен как для вирусов, так и бактерий.

Микроорганизмы способны ускользать от иммунных механизмов защиты хозяина благодаря недоступности для иммунного ответа; резистентности и комплементсвязанному лизису и фагоцитозу; изменчивости или утрате антигенных свойств; разви тию специфической или неспецифической иммуносупрессии.

Нормальная жизнедеятельность человеческого организма предполагает поддержание условий внутренней среды, которые в значительной степени отличаются от условий среды внешней. Область контакта этих двух сред имеет важнейшее значение для целостности всего организма, поэтому структура и функция поверхностных тканей во многом подчинена формированию барьера между клетками организма и внешней средой. Снаружи тело покрыто кожей, а функцию барьера внутри тела выполняют слизистые оболочки, которые выстилают различные трубчатые и полые органы. Наиболее важное значение имеют органы желудочно-кишечного, респираторного и урогенитального трактов. Менее значимы слизистые оболочки других органов, например конъюнктива.

Несмотря на разнообразие функций различных слизистых, они имеют общие черты строения. Их наружный слой сформирован эпителием, а подлежащий слой соединительной ткани обильно снабжен кровеносными и лимфатическими сосудами. Еще ниже может располагаться тонкий слой гладкомышечной ткани. Кожа и слизистые оболочки формируют физический и экологический барьер, который препятствует проникновению патологических агентов внутрь организма. Механизмы защиты, однако, у них кардинально отличны.

Наружный слой кожи представлен прочным многослойным ороговевающим эпителием, эпидермисом. На поверхности кожи, как правило, мало влаги, а секреты желез кожи препятствуют размножению микроорганизмов. Эпидермис непроницаем для влаги, противодействует повреждающему действию механических факторов и препятствует проникновению бактерий внутрь организма. Задача поддержания защитных свойств слизистыми значительно более сложна по целому ряду причин. Лишь слизистые ротовой полости, пищевода и ануса, где поверхность испытывает значительные физические нагрузки, а также преддверия носовой полости и конъюнктива имеют несколько слоев эпителия и его структура до определенной степени напоминает таковую эпидермиса кожи. В остальных же слизистых эпителий является однослойным, что необходимо для выполнения им специфических функций.

Еще одна специфика слизистых оболочек как защитного барьера - увлажненность их поверхности. Наличие влаги создает условия, способствующие размножению микроорганизмов и диффузии токсинов внутрь организма. Существенным фактором является и то, что совокупная площадь поверхности слизистых оболочек организма намного превосходит поверхность кожи. В одном лишь тонком кишечнике за счет многочисленных пальцеобразных выростов стенки кишки, а также микроворсинок плазматической мембраны эпителиоцитов площадь поверхности слизистой достигает 300 м2, что более чем в сто раз превышает площадь поверхности кожи.

Микроорганизмы заселяют почти все участки слизистых оболочек, хотя их распределение и численность весьма неоднородны и определяются анатомическими и физиологическими особенностями слизистых. Наибольшее видовое разнообразие микроорганизмов отмечено в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ), здесь выявляется около 500 видов. Число микробных клеток в кишечнике может достигать 1015, что значительно превышает число собственных клеток организма-хозяина. Напротив, на слизистых мочевого пузыря и почек, а также нижних отделов дыхательного тракта микроорганизмы в норме отсутствуют.

В зависимости от условий, которые могут сильно отличаться, в различных слизистых доминируют те или иные микроорганизмы. Например, в ротовой полости ряд микроорганизмов специально адаптирован к анаэробным условиям десневых карманов, другие же обладают способностью удерживаться на поверхности зубов. Здесь также встречаются грибы и простейшие.

Микроорганизмы, присутствующие в верхних дыхательных путях, сходны с таковыми в ротовой полости. В носовой полости и глотке присутствуют резидентные популяции микробов. В хоанах встречаются и особые бактерии, причем возбудитель менингита выявляется здесь примерно у 5% здоровых индивидуумов. Ротовая область глотки содержит бактерии многих видов, однако в количественном отношении здесь доминируют стрептококки

Популяция микроорганизмов в ЖКТ варьирует по составу и численности в зависимости от отдела тракта. Кислая среда желудка ограничивает размножение бактерий, однако и здесь в нормальных условиях можно обнаружить лактобациллы и стрептококки, которые транзитом проходят через желудок. В кишечнике выявляются стрептококки, лактобациллы, а также могут присутствовать грамотрицательные палочки. Плотность и многообразие микрофлоры увеличивается по мере продвижения вдоль ЖКТ, достигая максимума в толстом кишечнике. В ободочной кишке бактерии составляют около 55% твердого содержимого. Здесь постоянно присутствуют бактерии 40 видов, хотя выявить можно представителей, по меньшей мере, 400 видов. Численность анаэробных микроорганизмов в толстом кишечнике превосходит аэробов в 100-1000 раз. Микробные клетки часто обнаруживаются в дистальных отделах урогенитального тракта. Микрофлора уретры напоминает микрофлору кожи. Колонизацию более высоких отделов тракта предотвращает смывание микроорганизмов мочой. Мочевой пузырь и почки, как правило, являются стерильными.

Состав микрофлоры вагины здоровой женщины включает более 50 видов анаэробных и аэробных бактерий и может меняться в зависимости от гормонального статуса. Микробные клетки часто обнаруживаются в дистальных отделах урогенитального тракта. Микрофлора уретры напоминает таковую кожи. Колонизацию более высоких отделов тракта предотвращает смывание микроорганизмов мочой. Мочевой пузырь и почки, как правило, являются стерильными.

Нормальная микрофлора слизистых оболочек находится в состоянии симбиоза с организмом и выполняет целый ряд важных функций. Ее становление происходило на протяжении миллионов лет, а поэтому эволюцию слизистых оболочек корректнее рассматривать как совместную эволюцию их симбиоза с микроорганизмами. Одной из важных функций микрофлоры является трофическая. Например, анаэробная кишечная микрофлора разлагает полисахариды, не гидролизуемые собственными пищеварительными ферментами организма. При брожении моносахаридов с участием сахаролитических анаэробов ЖКТ образуются короткоцепочечные жирные кислоты, которые в значительной мере восполняют энергетические потребности эпителиоцитов толстой кишки и других клеток организма. Нарушение обеспечения эпителиоцитов этими кислотами является одним из звеньев патогенеза язвенного колита и таких функциональных болезней, как синдром раздраженной толстой кишки.

Важной ролью кишечной микрофлоры является детоксикация организма. Вместе с неперевариваемыми углеводами микрофлора 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. Часть токсинов утилизируется микрофлорой для собственных нужд.

Следует также упомянуть образование микрофлорой активных метаболитов, которые могут использоваться организмом человека - γ-аминомасляной кислоты, путресцина и других соединений. Микрофлора кишечника поставляет хозяину витамины группы В, витамин К, участвует в обмене железа, цинка и кобальта. Например, источником 20% незаменимой аминокислоты - лизина, попадающей в организм человека, является микрофлора кишечника. Еще одной важной функцией бактериальной микрофлоры является стимуляция моторной активности кишки, а также поддержание водного и ионного гомеостаза организма.

Благотворные эффекты нормальной микрофлоры включают предотвращение колонизации и инфекции благодаря конкуренции с патогенными микроорганизмами за пространство и питательные вещества. Нормальная резидентная микрофлора посредством низкомолекулярных метаболитов, а также специальных антимикробных веществ подавляет жизнедеятельность ряда патогенных микроорганизмов

Одним из главных защитных механизмов слизистой оболочки является увлажнение ее поверхности слизью, которая вырабатывается либо отдельными клетками, либо специализированными многоклеточными железами. Слизь играет важную роль в предотвращении проникновения патогенов внутрь организма, формируя вязкий слой, который связывает патогены. Активное перемещение слизи вдоль поверхности слизистой способствует дальнейшему удалению микроорганизмов. Например, в дыхательном тракте слизь перемещается за счет деятельности ресничек многорядного эпителия, а в кишечнике - за счет перистальтической активности последнего. В некоторых местах, в конъюнктиве, ротовой и носовой полостях, урогенитальном тракте микробы удаляются с поверхности слизистых с помощью смывания соответствующими секретами. Слизистая оболочка полости носа вырабатывает в течение дня около полулитра жидкости. Уретра промывается током мочи, а слизь, выделяемая из влагалища, способствует удалению микроорганизмов.

Важным фактором поддержания баланса в экосистеме микрофлора - макроорганизм является адгезия, посредством которой организм контролирует численность бактерий. Механизмы адгезии весьма разнообразны и включают как неспецифические, так и специфические взаимодействия с участием специальных молекул - адгезинов. Для установления адгезионного контакта бактериальная клетка и клетка-мишень должны преодолеть электростатическое отталкивание, так как их поверхностные молекулы в норме несут отрицательный заряд. Сахаролитические бактерии обладают необходимым ферментным аппаратом для отщепления отрицательно заряженных фрагментов. Возможны и гидрофобные адгезивные контакты между бактериями и эпителиоцитами слизистых. Адгезия микроорганизмов к поверхности эпителия слизистой может также осуществляться при помощи фимбрий, упорядоченно расположенных нитевидных выростов на поверхности бактериальных клеток. Однако наиболее важную роль играют взаимодействия между адгезинами и рецепторами эпителиоцитов слизистых, некоторые из которых являются видоспецифичными.

Несмотря на защитную функцию эпителия и бактерицидное действие секретов, некоторые патогены все же попадают внутрь организма. На этом этапе защита реализуется за счет клеток иммунной системы, которыми богата соединительнотканная составляющая слизистой. Здесь много фагоцитов, тучных клеток и лимфоцитов, часть из которых рассеяна в тканевом матриксе, а другая часть формирует агрегаты, что наиболее ярко проявляется в миндалинах и аппендиксе. Агрегаты лимфоцитов многочисленны в подвздошной кишке, где они носят название пейеровых бляшек. Антигены из просвета кишки могут проникать в пейеровы бляшки через специализированные эпителиальные М-клетки. Эти клетки находятся непосредственно над лимфатическими фолликулами в слизистой кишечника и респираторного тракта. Процесс представления антигенов при посредничестве М-клеток приобретает особо важное значение во время лактации, когда антигенпродуцирующие клетки из пейеровых бляшек мигрируют в молочную железу и секретируют антитела в молоко, таким образом обеспечивая новорожденного пассивным иммунитетом против патогенов, с которыми контактировала мать.

В пейеровых бляшках кишечника преобладают В-лимфоциты, ответственные за развитие гуморального иммунитета, они составляют здесь до 70% клеток. Большинство плазматических клеток в слизистых продуцируют Ig А, в то время как клетки, секретирующие Ig G и Ig М, преимущественно локализованы в тканях, не содержащих слизистых поверхностей. Ig A - это основной класс антител в секретах дыхательных путей и кишечного тракта. Молекулы Ig A в составе секретов представляют собой димеры, соединенные в "хвостовой" части белком, известным как J-цепь, а также содержат дополнительный полипептидный компонент, называемый секреторным. Димеры Ig A приобретают секреторный компонент на поверхности эпителиоцитов. Он синтезируется самими эпителиальными клетками и экспонируется вначале на их базальной поверхности, где служит рецептором для связывания Ig A из крови. Образующиеся комплексы Ig A с секреторным компонентом поглощаются путем эндоцитоза, проходят через цитоплазму эпителиоцита и выводятся на поверхность слизистой. В дополнение к транспортной роли секреторный компонент, возможно, защищает молекулы Ig A от протеолиза пищеварительными ферментами.

Секреторный Ig A в слизи действует как первая линия иммунной защиты слизистых, нейтрализующая патогены. Исследования показали, что присутствие секреторного Ig A коррелирует с устойчивостью к инфицированию различными патогенами бактериальной, вирусной и грибковой природы. Другим важным компонентом иммунной защиты слизистых являются Т-лимфоциты. Т-клетки одной из популяций контактируют с эпителиоцитами и оказывают защитный эффект, убивая инфицированные клетки и привлекая другие иммунные клетки к борьбе с патогеном. Интересно, что источником этих лимфоцитов у мыши являются кластеры клеток, находящиеся непосредственно под эпителиальной выстилкой кишечника. Т-клетки способны перемещаться в тканях слизистой благодаря специальным рецепторам на их мембранах. Если иммунный ответ развивается в слизистой ЖКТ, Т-клетки могут перемещаться в другие слизистые, например легких или носовой полости, обеспечивая защиту организма на системном уровне.

Важное значение имеет взаимодействие между ответом слизистой оболочки и иммунным ответом в масштабах всего организма. Показано, что системное стимулирование иммунной системы (например, путем инъекции или через дыхательные пути) приводит к выработке антител в организме, но может не вызывать ответа слизистых. С другой стороны, стимуляция иммунного ответа слизистых может приводить к мобилизации иммунных клеток как в слизистой, так и в масштабах всего организма.

Низкомолекулярные токсины попадают во внутреннюю среду организма лишь при нарушении нормальных соотношений микрофлоры и организма хозяина. Однако организм может использовать небольшие количества некоторых токсинов для активации соответствующих механизмов собственной защиты. Интегральный компонент наружной мембраны грамотрицательных бактерий, эндотоксин, попадая в кровоток в значительных количествах, вызывает целый ряд системных эффектов, которые могут привести к некрозам тканей, внутрисосудистому свертыванию крови и тяжелой интоксикации. В норме большая часть эндотоксина элиминируется фагоцитами печени, однако малая часть его все же проникает в системный кровоток. Выявлено активирующее влияние эндотоксина на клетки иммунной системы, например макрофаги в ответ на эндотоксин вырабатывают цитокины - β- и γ-интерфероны.

Нормальная микрофлора слабо иммуногенна для хозяина из-за того, что клетки слизистых характеризуются низкой или поляризованной экспрессией так называемых toll-like рецепторов. Экспрессия этих рецепторов может усиливаться в ответ на медиаторы воспаления. Молекулярная эволюция эпителия слизистых проходила под давлением отбора, который способствовал уменьшению ответа организма на бактерии-комменсалы, при поддержании способности ответа на патогенные микроорганизмы. Иными словами, взаимоотношения между нормальной микрофлорой и слизистыми можно объяснить как результат конвергентной эволюции рецепторов и поверхностных молекул микроорганизмов и эпителиоцитов. С другой стороны, болезнетворные микроорганизмы для преодоления защитного барьера слизистых часто используют механизмы, объединенные под названием молекулярной мимикрии. Типичным примером мимикрии может являться наличие на внешней мембране стрептококков группы А так называемых М-белков, по своей структуре напоминающих миозин. Очевидно, что у этих микроорганизмов в ходе эволюции сложилась система, позволяющая избегать направленного противомикробного действия защитных сил человеческого организма. Можно сделать заключение, что защитные механизмы слизистой оболочки включают в себя много факторов и являются продуктом совместной деятельности макроорганизма и микрофлоры. Здесь действуют как неспецифические защитные факторы (рН, редокс-потенциал, вязкость, низкомолекулярные метаболиты микрофлоры), так и специфические - секреторный Ig А, фагоциты и иммунные клетки. В совокупности формируется "колонизационная резистентность" - способность микрофлоры и макроорганизма в кооперации защищать экосистему слизистых от патогенных микроорганизмов.

Нарушение экологического баланса в слизистой оболочке, которое может происходить как в ходе заболевания, так и быть результатом аллопатического лечения, приводит к нарушениям в составе и численности микрофлоры. Например, при лечении с помощью антибиотиков численность некоторых представителей нормальной анаэробной микрофлоры кишечника может резко возрастать, а сами они - вызывать заболевание.

Изменение состава и численности нормальной микрофлоры может сделать слизистую оболочку более уязвимой по отношению к болезнетворным микроорганизмам. В экспериментах на животных было показано, что угнетение нормальной микрофлоры ЖКТ под влиянием стрептомицина позволяло легче инфицировать животных устойчивыми к стрептомицину штаммами сальмонеллы. Интересно, что если у нормальных животных для инфицирования было необходимо 106 микроорганизмов, то было достаточно лишь десяти возбудителей у животных, которым вводили стрептомицин

При выборе стратегии лечения следует учитывать тот факт, что становление защитных механизмов слизистых оболочек организма человека происходило в течение миллионов лет и их нормальное функционирование зависит от поддержания тонкого баланса в экосистеме микрофлора - макроорганизм. Стимулирование собственных защитных сил организма, созвучное основным парадигмам биологической медицины, позволяет добиваться терапевтических целей, не разрушая в тоже время сложных и совершенных механизмов защиты, созданных самой природой.

А.Г. Никоненко, к.б.н.; НИИ физиологии АН Украины им. А.А. Богомольца, г. Киев