Microbiologia (Português)

A imunidade inata não específica pode ser caracterizada como um sistema multifacetado de defesas que tem como alvo patógenos invasores de uma forma não específica maneiras. Neste capítulo, dividimos as numerosas defesas que compõem esse sistema em três categorias: defesas físicas, defesas químicas e defesas celulares. No entanto, é importante ter em mente que essas defesas não funcionam de forma independente e as categorias muitas vezes se sobrepõem. A Tabela 1 fornece uma visão geral das defesas não específicas discutidas neste capítulo.

As defesas físicas fornecem a forma mais básica de defesa não específica do corpo. Eles incluem barreiras físicas para micróbios, como a pele e membranas mucosas, bem como defesas mecânicas que removem fisicamente micróbios e detritos de áreas do corpo onde podem causar danos ou infecções. Além disso, o microbioma fornece uma medida de proteção física contra doenças, pois os micróbios da microbiota normal competem com os patógenos por nutrientes e sítios de ligação celular necessários para causar infecção.

Barreiras físicas

As barreiras físicas desempenham um papel importante na prevenção de micróbios de atingir os tecidos que são suscetíveis à infecção. No nível celular, as barreiras consistem em células fortemente unidas para evitar que invasores atravessem os tecidos mais profundos. Por exemplo, as células endoteliais que revestem os vasos sanguíneos têm junções de célula a célula muito estreitas, impedindo que os micróbios tenham acesso à corrente sanguínea. As junções celulares são geralmente compostas por proteínas da membrana celular que podem se conectar com a matriz extracelular ou com proteínas complementares de células vizinhas. Os tecidos em várias partes do corpo têm diferentes tipos de junções celulares. Estes incluem junções justas, desmossomos e junções comunicantes, conforme ilustrado na Figura 1. Os microrganismos invasores podem tentar decompor essas substâncias quimicamente, usando enzimas como as proteases que podem causar danos estruturais para criar um ponto de entrada para patógenos.

Figura 1. Existem vários tipos de junções celulares no tecido humano, três dos quais são mostrados aqui. As junções rígidas unem duas células adjacentes, impedindo ou limitando a troca de material através dos espaços entre elas. Os desmossomos têm fibras intermediárias que agem como cadarços, amarrando duas células, permitindo que pequenos materiais passem pelos espaços resultantes. As junções gap são canais entre duas células que permitem sua comunicação por meio de sinais. (crédito: modificação do trabalho de Mariana Ruiz Villareal)

A barreira da pele

Figura 2. Clique para ampliar a imagem. A pele humana tem três camadas, a epiderme, a derme e a hipoderme, que fornecem uma barreira espessa entre os micróbios fora do corpo e os tecidos mais profundos. As células mortas da pele na superfície da epiderme são continuamente eliminadas, levando consigo micróbios da superfície da pele. (crédito: modificação do trabalho do National Institutes of Health)

Uma das barreiras físicas mais importantes do corpo é a barreira da pele, que é composta por três camadas de células compactadas. A fina camada superior é chamada de epiderme. Uma segunda camada, mais espessa, chamada derme, contém folículos pilosos, glândulas sudoríparas, nervos e vasos sanguíneos. Uma camada de tecido adiposo chamada hipoderme fica abaixo da derme e contém vasos sanguíneos e linfáticos (Figura 2).

A camada superior da pele, a epiderme, consiste em células que são preenchidas com queratina. Essas células mortas permanecem como uma camada densa e firmemente conectada de cascas celulares cheias de proteínas na superfície da pele. A queratina torna a superfície da pele mecanicamente dura e resistente à degradação por enzimas bacterianas.Os ácidos graxos na superfície da pele criam um ambiente seco, salgado e ácido que inibe o crescimento de alguns micróbios e é altamente resistente à degradação por enzimas bacterianas. Além disso, as células mortas da epiderme são freqüentemente eliminadas, junto com quaisquer micróbios que possam estar aderidos a elas. As células cutâneas eliminadas são continuamente substituídas por novas células de baixo, fornecendo uma nova barreira que em breve será eliminada da mesma maneira.

As infecções podem ocorrer quando a barreira cutânea está comprometida ou rompida. Uma ferida pode servir como um ponto de entrada para patógenos oportunistas, que podem infectar o tecido da pele ao redor da ferida e possivelmente se espalhar para tecidos mais profundos.

Toda rosa tem seu espinho

Mike, um jardineiro do sul da Califórnia, notou recentemente uma pequena protuberância vermelha em seu antebraço esquerdo. Inicialmente, ele não pensou muito nisso, mas logo cresceu e depois ulcerou (abriu-se), tornando-se uma lesão dolorosa que se estendia por grande parte do antebraço (Figura 3). Ele foi a um pronto-socorro, onde um médico perguntou sobre sua ocupação. Quando ele disse que era paisagista, o médico imediatamente suspeitou de um caso de esporotricose, um tipo de infecção fúngica conhecida como doença do jardineiro de rosas porque costuma afetar paisagistas e entusiastas da jardinagem.

Figura 3. A doença do roseiral pode ocorrer quando o fungo Sporothrix schenkii rompe a pele por meio de pequenos cortes, como os que podem ser causados por espinhos. (crédito à esquerda: modificação do trabalho por Elisa Self; crédito à direita: modificação do trabalho pelos Centros de Controle e Prevenção de Doenças)

Na maioria das condições, os fungos não podem produzir infecções de pele em indivíduos saudáveis. Os fungos desenvolvem filamentos conhecidos como hifas, que não são particularmente invasivos e podem ser facilmente mantidos à distância pelas barreiras físicas da pele e das membranas mucosas. No entanto, pequenos ferimentos na pele, como aqueles causados por espinhos, podem fornecer uma abertura para patógenos oportunistas como Sporothrix schenkii, um fungo que vive no solo e o agente causador da doença do jardineiro de rosas. Uma vez que rompe a barreira da pele, o S. schenkii pode infectar a pele e os tecidos subjacentes, produzindo lesões ulceradas como as de Mike. Para agravar a situação, outros patógenos podem entrar no tecido infectado, causando infecções bacterianas secundárias.

Felizmente, a doença do roseiral é tratável. O médico de Mike prescreveu-lhe alguns medicamentos antifúngicos, bem como um curso de antibióticos para combater infecções bacterianas secundárias. Suas lesões finalmente sararam, e Mike voltou a trabalhar com uma nova apreciação por luvas e roupas de proteção.

Membranas mucosas

As membranas mucosas que revestem o nariz, a boca, os pulmões , e os tratos urinário e digestivo fornecem outra barreira inespecífica contra patógenos potenciais. As membranas mucosas consistem em uma camada de células epiteliais ligadas por junções rígidas. As células epiteliais secretam uma substância úmida e pegajosa chamada muco, que cobre e protege as camadas celulares mais frágeis abaixo dela e retém detritos e partículas, incluindo micróbios. As secreções de muco também contêm peptídeos antimicrobianos.

Figura 4. Esta micrografia eletrônica de varredura mostra células epiteliais ciliadas e não ciliadas células da traqueia humana. A escada rolante mucociliar empurra o muco para longe dos pulmões, junto com quaisquer detritos ou microorganismos que possam estar presos no muco pegajoso, e o muco sobe para o esôfago, onde pode ser removido engolindo.

Em muitas regiões do corpo, as ações mecânicas servem para remover o muco (junto com os micróbios presos ou mortos) do corpo ou para longe de locais potenciais de infecção. Por exemplo, no sistema respiratório, a inalação pode trazer micróbios, poeira, esporos de mofo e outros pequenos detritos transportados pelo ar para o corpo. Esses resíduos ficam presos no muco que reveste o trato respiratório, uma camada conhecida como manta mucociliar. As células epiteliais que revestem as partes superiores do trato respiratório são chamadas de células epiteliais ciliadas, porque têm apêndices semelhantes a cabelos conhecidos como cílios. O movimento dos cílios impulsiona o muco carregado de detritos para fora e para longe dos pulmões. O muco expelido é então engolido e destruído no estômago, ou tossido ou espirrado (Figura 4). Este sistema de remoção é frequentemente chamado de escada rolante mucociliar.

A escada rolante mucociliar é uma barreira tão eficaz aos micróbios que os pulmões, a parte mais inferior (e mais sensível) do trato respiratório, foram considerados por muito tempo como sendo um ambiente estéril em indivíduos saudáveis. Apenas recentemente pesquisas sugeriram que pulmões saudáveis podem ter uma pequena microbiota normal.A interrupção da escada rolante mucociliar pelos efeitos prejudiciais do tabagismo ou doenças como a fibrose cística pode levar ao aumento da colonização de bactérias no trato respiratório inferior e infecções frequentes, o que destaca a importância desta barreira física para as defesas do hospedeiro.

Como o trato respiratório, o trato digestivo é um portal de entrada através do qual os micróbios entram no corpo, e as membranas mucosas que revestem o trato digestivo fornecem uma barreira física inespecífica contra micróbios ingeridos. O trato intestinal é revestido por células epiteliais, intercaladas por células caliciformes secretoras de muco (Figura 5). Esse muco se mistura com o material recebido do estômago, prendendo micróbios e resíduos de origem alimentar. A ação mecânica do peristaltismo, uma série de contrações musculares no trato digestivo, move o muco descamado e outro material através dos intestinos, reto e ânus, excretando o material nas fezes.

Figura 5. As células caliciformes produzem e secretam muco. As setas nesta micrografia apontam para as células caliciformes secretoras de muco (ampliação de 1600 16) no epitélio intestinal. (micrografia de crédito: Micrografia fornecida pelos Regentes da Escola de Medicina da Universidade de Michigan © 2012)

Endotélia

As células epiteliais que revestem o trato urogenital, vasos sanguíneos, vasos linfáticos , e alguns outros tecidos são conhecidos como endotélios. Essas células compactadas fornecem uma barreira de linha de frente particularmente eficaz contra invasores. O endotélio da barreira hematoencefálica, por exemplo, protege o sistema nervoso central (SNC), que consiste no cérebro e na medula espinhal. O SNC é uma das áreas mais sensíveis e importantes do corpo, pois a infecção microbiana do SNC pode levar rapidamente a uma inflamação séria e freqüentemente fatal. As junções celulares nos vasos sanguíneos que viajam pelo SNC são algumas das mais rígidas e resistentes do corpo, evitando que micróbios transitórios na corrente sanguínea entrem no SNC. Isso mantém o líquido cefalorraquidiano que envolve e banha o cérebro e a medula espinhal estéril sob condições normais.

Defesas mecânicas

Além das barreiras físicas que mantêm os micróbios fora, o corpo tem uma série de defesas mecânicas que removem fisicamente os patógenos do corpo, impedindo-os de fixar residência. Já discutimos vários exemplos de defesas mecânicas, incluindo a eliminação de células da pele, a expulsão de muco pela escada rolante mucociliar e a excreção de fezes pelo peristaltismo intestinal. Outros exemplos importantes de defesas mecânicas incluem a ação de enxágue da urina e lágrimas, que servem para transportar os micróbios para longe do corpo. A ação de rubor da urina é amplamente responsável pelo ambiente normalmente estéril do trato urinário, que inclui os rins, ureteres e bexiga urinária. A urina que sai do corpo lava os microorganismos transitórios, impedindo-os de fixar residência. Os olhos também possuem barreiras físicas e mecanismos mecânicos de prevenção de infecções. Os cílios e as pálpebras evitam que a poeira e os microorganismos transportados pelo ar atinjam a superfície do olho. Quaisquer micróbios ou detritos que passarem por essas barreiras físicas podem ser eliminados pela ação mecânica de piscar, que banha os olhos em lágrimas, removendo os detritos (Figura 6).

Figura 6. As lágrimas expulsam os micróbios da superfície do olho. A urina lava os micróbios do trato urinário à medida que passa; como resultado, o sistema urinário é normalmente estéril.

Microbioma

Em várias regiões do corpo, a microbiota residente serve como uma importante defesa de primeira linha contra patógenos invasores. Por meio de sua ocupação de sítios de ligação celular e competição por nutrientes disponíveis, a microbiota residente evita as etapas iniciais críticas de fixação e proliferação de patógenos necessárias para o estabelecimento de uma infecção. Por exemplo, na vagina, membros da microbiota residente competem com patógenos oportunistas como a levedura Candida. Esta competição previne infecções ao limitar a disponibilidade de nutrientes, inibindo assim o crescimento de Candida, mantendo sua população sob controle. Competições semelhantes ocorrem entre a microbiota e patógenos potenciais na pele, no trato respiratório superior e no trato gastrointestinal. Como será discutido posteriormente neste capítulo, a microbiota residente também contribui para as defesas químicas das defesas inatas do hospedeiro inatas.

A importância da microbiota normal nas defesas do hospedeiro é destacada pelo aumento da suscetibilidade a doenças infecciosas quando a microbiota é interrompida ou eliminada. O tratamento com antibióticos pode esgotar significativamente a microbiota normal do trato gastrointestinal, proporcionando uma vantagem para as bactérias patogênicas colonizarem e causar infecção diarreica. No caso de diarreia causada por Clostridium difficile, a infecção pode ser grave e potencialmente letal. Uma estratégia para o tratamento de infecções por C. difficile é o transplante fecal, que envolve a transferência de material fecal de um doador (rastreado para patógenos potenciais) para o intestino do paciente receptor como um método de restaurar a microbiota normal e combater infecções por C. difficile.

A Tabela 2 fornece um resumo das defesas físicas discutidas nesta seção.