Кожа и слизистые оболочки (dermis, mucous membrane) также определяются как компартмент иммунной системы. Это первая линия обороны против инфекционных агентов определена как система мукозо-ассоциированная лимфоидная ткань (mucosa-associated lymphoid tissue – MALT). Она препятствующую проникновению микроорганизмов. В ней сконцентрирована основная масса иммунной системы (на общей площади 400 м2 (120 м2 – дыхательная система, 250-400 м2 — желудочно-кишечный тракт, кожа — 1,5-2,0 м2, мочеполовая система — 1,5-2,0 м2) располагаются около 50% клеток иммунной системы). Структуризация МАLT зависит от анатомической локализации барьерной ткани.
Структуры мукозо-ассоциированной лимфоидной ткани (MALT)
Наименование | Анатомическая локализация | Механизмы защиты |
SALT | кожа (дерма) | Клиренс кератоцитов, кислый рН, кожное сало, |
NALT | носовая полость, рот и ротоглотка, конъюнктива | Чихание, слюна, слезы, катионный белок, гистатины, лизоцим |
BALT | трахея, бронхи, легкие | Кашель, катионный белок, дефенсины, гликоконъюгаты, муцин |
VALT | половые органы | Кислый рН, катионный белок, спермин, муцин |
— пищевод, желудок, тонкий кишечник; — толстый кишечник; — урогенитальный тракт; | Рвота, перистальтика, слизь, кислый рН, трипсин, дефензины, лизоцим и пр. Диарея, мочеиспускание, катионный белок, дефензины |
Клетки иммунной системы и лимфоидная ткань данного компартмента выполняют все функции иммунного надзора.
Мукозальный иммунитет — это сложное взаимодействие между врожденными и адаптивными механизмами иммунной системы, зависящие от анатомического строения органов. Функционально он обеспечивается клетками, непосредственно находящимися в ткани (резидентные). Структура мукозального иммунитета имеет сходную организацию во всех анатомических отделах.
Механическая защита, осуществляемая эпителием, образует границу между внешней и внутренней средой организма.
Организация мукозо-ассоциированной лимфоидной ткани.
В эпителии отсутствуют межклеточное вещество и кровеносные сосуды, он непроходим для большинства патогенов. Помимо клеток эпителия в эпителиальном пласте находится большое количество резидентных клеток иммунной системы и клеток, осуществляющих вспомогательные функции. Многочисленные секреторные клетки вырабатывают вещества различной химической природы. Так, например, в кишечнике функционально схожие с нейтрофилами клетки Панета под воздействием бактерий или бактериальных антигенов секретируют антимикробные пептиды (дефензины, лизоцим и фосфолипазу A2) в про-свет кишечной железы, тем самым способствуя поддержанию желудочно-кишечного барьера.
Отдельная популяция клеток, инициирующая иммунные реакции слизистой оболочки, мультискладчатые клетки (М-клетки). За счет своих особенностей (не секретируют слизь или пищеварительные ферменты и имеют более тонкий гликокаликс) они за счет эндоцитоза и/или фагоцитоза, и/или трансцитоза переносят микробы и частицы через слой эпителиальных клеток и доставляют их к антигенпрезентирующим клеткам, интраэпителиальным макрофагам и лимфоцитам.
Миграция лимфоцитов между лимфоидными органами и нелимфоидными тканями, несмотря на высокую интенсивность, не является случайной — она строго и тонко регулируется экспрессией молекул адгезии и их лигандов. В результате в каждой ткани и органе имеется свой особый популяционный и субпопуляционный состав лимфоцитов и других клеток иммунной системы.
Локализация эпителия и его виды
Ткань | Тип (подтип) эпителия |
Кожа и серозные оболочки | |
Поверхностный слой | Многослойный, ороговевающий |
Плевра, брюшина, перикард
| Простой плоскоклеточный (мезотелий) |
Дыхательная система | |
Ротоглотка, голосовые связки | Многослойный, неороговевающий эпителий |
Гортань, трахея, бронхи, нос | Псевдостратифицированный столбчатый, реснитчатый (дыхательный эпителий) |
Воздуховоды из придаточных пазух носа | Многослойный столбчатый |
Терминальные бронхиолы, дыхательные бронхиолы | Простой кубовидный, реснитчатый |
Каверны | Простой плоскоклеточный |
Желудочно-кишечный тракт | |
Десна, твердое небо, задняя часть языка | Многослойный ороговевающий |
Пищевод | Многослойный неороговевающий |
Желудок | Простой столбчатый, не ресничный (эпителий желудка) |
Тонкая кишка, толстая кишка прямая кишка, желчный пузырь | Простой столбчатый, не ресничный (кишечный эпителий) |
Анус | Многослойный плоский неороговевающий и многослойный чешуйчатый, ороговевающий |
Мочеполовая система | |
Уретра | Псевдостратифицированный столбчатый, не реснитчатый |
Почечные лоханки, мочеточник, мочевой пузырь, | Переходный (уротелий) |
Почки | Простой кубовидный с микроворсинками и без микроворсинок, простой плоскоклеточный, простой кубоидальный |
Яичники, яички | Простой кубоидальный (зародышевый эпителий) |
Фаллопиевы трубы, эндометрий (матка) | Простой столбчатый, реснитчатый |
Шейка матки (эндоцервикс) | Простой столбчатый и Многослойный, неороговевающий |
Вагина | Многослойный, неороговевающий |
Половые губы | Многослойный, ороговевающий |
Придатки яичка, протоки, семенные везикулы | Псевдостратифицированный столбчатый |
Эякуляторный проток, бульбоуретральные железы | Простой столбчатый |
Эндотелий | |
кровеносные и лимфатические сосуды | Однослойный плоскоклеточных |
Микробиота – отдельная структура, не относящаяся непосредственно к человеку, но, тем не менее, очень важна для нормального функционирования организма, в том числе для его защиты. Микробиота (нормальная микрофлора, нормофлора, комменсалы, биотоп) сообщество более 1000 видов симбиотических и комменсальных бактерий, , простейших, грибов и вирусов населяющих организм человека в пределах тканей и жидкостей. Объем микробиоты оценивается в 1014 клеток, составляя до 1% массы человека (около 1 кг). По количеству клеток микробиота сопоставима с общим количеством клеток человека, однако общий ее геном (микробиом) больше в 100 раз.
Стоит обратить внимание, что при оценке микробиома в расчет не принимают вирусы и фаги, присутствующие в различных средах организма, ко-торые по численности превосходят количество бактерий на порядок.
С клинической точки зрения необходимо выделить микроорганизмы постоянно живущие основные (резидентная микробиота – около 90%), постоянно живущие сопутствующие (факультативная микробиота – менее 9,5%) и случайно попавшие (транзиторная микробиота – до 0,5%). К транзиторной микробиоте относятся патогенные микроорганизмы.
Большое значение для здоровья человека играет нормальная микробиота. Микробиота – устойчивое сообщество микроорганизмов, обитающих на определенном участке организма хозяина, активно участвует в формировании мукозального иммунитета.
Популяция микробов, их количество и состав в различных тканях существенно отличаются. Если количество микробов увеличивается за пределы своих типичных диапазонов (чаще всего из-за нарушения функции иммунной системы), или микробы заселяют (например, из-за травмы) участки организма, где они обычно не присутствуют или стерильные зоны (кровь, брюшная полость и др.), возникают заболевания.
Микробиота играет решающую роль в обучении и развитии основных компонентов врожденной и адаптивной иммунной системы хозяина, в то время как иммунная система регулирует поддержание ключевых характеристик симбиоза хозяина и микроба. Любой инфекционный процесс можно считать дисбиозом, т.к. когда начинает превалировать патогенный микроорганизм, снижается количество и разнообразие числа других бактерий. Как защитную функцию можно рассматривать процессы взаимодействия иммун-ной системы и нормальной микробиоты с формированием толерантности микробиоты и организма человека.
Считается, что у генетически восприимчивого хозяина дисбаланс во взаимодействии микробиоты и иммунитета в определенных условиях окружающей среды вносит вклад в патогенез множества иммуноопосредованных заболеваний.
Состав биотопов
Органы и ткани | Основные микроорганизмы |
Кожа | Actinobacteria (51.8 %), Firmicutes (24.4 %), Proteobacteria (16.5 %), Bacteroidetes (6.3 %), грибы |
Слизистая оболочка глаз | Грамположительные кокки (Staphylococcus и Streptococcus), грамотрицательные палочки и кокки (Haemophilus and Neisseria), и грибки (Candida, Aspergillus, and Penicillium)
|
Респираторный тракт | Нос — S. aureus, S. epidermidis, непатогенные нейссерии, коринебактерии. Небные миндалины — S.pyogene), S.pneumoniae, H.influenzae, неспорообразующие анаэробы. Легкие — Prevotella, Sphingomonas, Pseudomonas, Acinetobacter, Fusobacterium, Megasphaera, Staphylococcus и Streptococcus. Грибы: Candida, Malassezia, Aspergillus
|
Урогенитальный тракт | Наружные половые органы — Staphylococcus и Streptococcus, энтерококки, коринебактерии, энтеробактерии, неспорообразующие анаэробы, грибы. Влагалище (112 разновидностей в основном Lactobacillus (более 25 таксонов) Общая бактериальная масса: влагалище -106 -108, для уретры и цервикального канала – 105— -107 Анаэробные (Gardnerella vaginalis /Prevotella bivia/Porphyromonas spp; и др.): показатель <104, Аэробные (Enterobacter., Streptococcus spp и Staphylococcus spp) <104, Mycoplasma и Ureaplasma (urealiticum+parvum) <104. Грибы рода Candida <103 Уретра у мужчин — Corynebacterium; Lactibacilli; Bacteroides; Actinobacteria; Fusobacterium
|
Пищеварительный тракт | Полость рта (более 275 разновидностей) — Анаэробные бактерии Actinomyces, Arachnia, Bacteroides, Bifidobacterium и др, Lactobacillus, Leptotrichia, Peptococcus, Peptostreptococcus. Грибы. Желудок и 12-перстная кишка 103 КОЕ /мл. — Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes, Proteobacteria, Fusobacteriа. Тонкий кишечник 104–108 КОЕ/мл — Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes Толстый кишечник 109–1013КОЕ /мл. — Firmicutes (грам+) (более 50%), Bacteroidetes (30%), Proteobacteria (грам-) (3%), Actinobacteria (грам+) ( 1 %).
|
Наиболее исследованной и самой большой по объему является микробиота желудочно-кишечного тракта (более 75%). Она представлена в основном анаэробами.
Микробиота интестинального тракта
Тип | Класс | Семейство, вид |
Firmicutes (50%) | Clostridia | Lachnospiraceae (20-25%) — Faecalicatena contorta Clostridiaceae (1-3%), Heliobacteriaceae
|
Ruminococcaceae (10-15%) — Faecalibacterium prausnitzii | ||
Bacilli | Bacilliales – Bacillaceae, Staphylococcaceae Lactobacillus – Lactobacillaceae, Enterococcaceae, Streptococcaceae
| |
Mollicutes | Clostridium, Mycoplasma и Ureaplasma | |
Negativicutes | Veilonellaceae | |
Bacteroidetes (30%) | Bacteroides | Bacteroidaceae (10-15%), Porphyromonadaceae (4-8%), Rickenellaceae (3-5%) |
Prevotella | Prevotellaceae (4-8%) | |
Proteobacteria (3%) | Enterobacteriaceae | Escherichia, Klebsiella |
Actinobacteria (1%) | Bifidobacterium | Bifidobacterium, Propionebacterium, Atopobium |
Fusobacteria | Fusobacteriia | Fusobacterium |
Verrucomicrobia | Verrucomicrobiae | Verrucomicrobium spinosum |
Archaea (до 20%) | Methanobacteria | Methanobrevibacter smithii |
Состав кишечных бактерий каждого человека индивидуален и формируется в зависимости от возраста, местоположения, характера питания, образа жизни и состояния здоровья. На основе микробного состава по преобладанию тех или иных ключевых родов бактерий Bacteriodes, Prevotella и Ruminococcaceae выделяют три основных энтеротипа (как группа крови): При 1-м энтеротипе доминируют представители рода Bacteroides, при 2-м Prevotella, при 3-м Ruminococcus.
Перспективным является разделять микроорганизмы, заселяющие кишечник, на гидрогенотрофы (способные метаболизировать, как источник энергии, молекулярный водород), ацетогенные бактерии (генерируют ацетат), сульфатредуцирующие бактерии (реализуют анаэробное дыхание с использованием сульфата).
Основная масса микрофлоры (пристеночная микрофлора) фиксирована и тесно связана с энтерoцитами, образуя биопленку (микробно-тканевой комплекс, включающий в себя микроколонии бактерий и их метаболитов, секреты бокаловидных клеток, клеток Панета, эндокриноцитов и клеток иммунной системы), незначительная часть находится в просвете кишки (просветная микрофлора).
Микробиота активно участвует в пищеварении, расщепляя основные пищевые субстанции и синтезируя новые. Многие виды белков, жиров и уг-леводов из рациона человека могут быть расщеплены только определенными кишечными микроорганизмами.
Участие микробиоты в обмене веществ человека
Тип бактерий | Участие в метаболизме | Диета |
Bacteroides | Расщепляют клетчатку, гидролиз белков, переработка сложных углеводов | Мясные и сладкие блюда |
Prevotella | Переработка сложных и простых углеводов | Растительная диета, вегетарианцы, сладкоежки |
Firmicutes faecalibacterium | Производят масляную кислоту за счет расщепления сложных углеводов. | Большое потребление овощей, фруктов и злаков |
Firmicutes ruminococcus | Способны перерабатывать целлюлозу, крахмала | Макароны, картофель зеленые бананы, чечевица, зеленый горошек, белая фасоль |
Firmicutes eubacterium | Превращают лактат в кишечнике в масляную кислоту. | Цельные злаки, бурый рис |
Firmicutes blautia | Расщепляют сложные углеводы с образованием ацетата | При большом употреблении клетчатки |
Firmicutes roseburia | Расщепляют растительные маннаны. Контролируют воспалительных процессов в кишечнике, атеросклероз | в орехах, бобовых, кокосах, томатах, кофейных зернах |
Firmicutes coprococcus
| расщепляют разные виды волокон и производят масляную кислоту | При большом употреблении клетчатки |
Firmicutes erysipelotrichia | метаболизируют жиры | Жирная пища |
Bifidobacterium | синтезируют молочную, уксусную, муравьиную, янтарную и гамма-аминомасляную кислоты. Подавлять рост патогенных бактерий. | Ферментированные продукты (кефир, хлеб на закваске, квашеная капуста), соя, чеснок, томаты, лук, банан, яблоко, спаржа, мед. |
Lactobacillus | Образуют антибиотические вещества – лактолин, лактоцидин, ацидофилин. | Молочные продукты |
Akkermansia | Участвуют в обмене муцина, синтезирует жирные кислоты. Противовоспалительное действие | Голодание |
Помимо этого, нормальная микрофлора участвует в синтезе коротко-цепочечных жирных кислот (ацетат, бутират, пропионат и пр.), аминокислот (аргинин, глутамин), витаминов (К, В1, В2, В3, В5, В6, В12, С, Д, биотина, пантотеновой кислоты), гормонов. Она способствует всасыванию ионов железа, кальция, обеспечивая полностью питательными и энергетическими веществами эпителий кишечника, определяя его созревание и регенерацию. Также микробиота, участвуя в обмене солей желчных кислот и холестерина, обеспечивает гиполипидемический эффект.
Микробные метаболиты способствуют укреплению эпителиального ба-рьера, например индол, за счет связывания белков цитоскелета формирует плотные контакты между эпителиоцитами.
Детоксикационная функция микробиоты осуществляется путем нейтрализации экзогенных и эндогенных токсических продуктов, в т.ч. канцерогенов (амины, тиолы, фенолы, ксенобиотики и др.), которые в дальнейшем утилизируются в реакциях метаболизма и/или выводятся из организма с кишечным содержимым.
Одной из основных функций нормальной микрофлоры является предотвращение развития патогенных макроорганизмов, в основе которого лежит принцип микробного антагонизма. Помимо этого, в качестве защиты бактерии микробиоты кишечника вырабатывают антимикробные пептиды и другие метаболиты с антимикробными свойствами, изменяют рН, а также физически противодействуют колонизации патогенами.
