Microbiologie (Română)

Imunitatea înnăscută nespecifică poate fi caracterizată ca un sistem multifacetic de apărare care vizează agenții patogeni invadatori manieră. În acest capitol, am împărțit numeroasele apărări care alcătuiesc acest sistem în trei categorii: apărări fizice, apărări chimice și apărări celulare. Cu toate acestea, este important să rețineți că aceste apărări nu funcționează independent, iar categoriile se suprapun adesea. Tabelul 1 oferă o prezentare generală a apărărilor nespecifice discutate în acest capitol.

Apărările fizice oferă cea mai de bază formă de apărare nespecifică a corpului. Acestea includ bariere fizice în calea microbilor, cum ar fi pielea și membranele mucoase, precum și mijloace de apărare mecanice care îndepărtează fizic microbii și resturile din zonele corpului unde ar putea provoca vătămări sau infecții. În plus, microbiomul oferă o măsură de protecție fizică împotriva bolilor, întrucât microbii microbiotei normale concurează cu agenții patogeni pentru nutrienți și locurile de legare celulară necesare pentru a provoca infecția. Barierele fizice joacă un rol important în prevenirea microbilor de a ajunge la țesuturile susceptibile la infecție. La nivel celular, barierele constau din celule care sunt strâns unite pentru a împiedica invadatorii să treacă prin țesutul mai adânc. De exemplu, celulele endoteliale care acoperă vasele de sânge au joncțiuni foarte strânse dintre celule și celule, blocând microbii să aibă acces la fluxul sanguin. Joncțiunile celulare sunt în general compuse din proteine ale membranei celulare care se pot conecta cu matricea extracelulară sau cu proteine complementare din celulele vecine. Țesuturile din diferite părți ale corpului au diferite tipuri de joncțiuni celulare. Acestea includ joncțiuni strânse, desmosomi și joncțiuni, așa cum se ilustrează în Figura 1. Microorganismele invadatoare pot încerca să descompună aceste substanțe chimic, folosind enzime precum proteaze care pot provoca daune structurale pentru a crea un punct de intrare pentru agenții patogeni. >

Figura 1. Există mai multe tipuri de joncțiuni celulare în țesutul uman, dintre care trei sunt prezentate aici. Joncțiunile strânse nitează două celule adiacente împreună, împiedicând sau limitând schimbul de materiale prin spațiile dintre ele. Desmosomii au fibre intermediare care acționează ca șireturile pantofilor, legând două celule împreună, permițând materialelor mici să treacă prin spațiile rezultate. Joncțiunile gap sunt canale între două celule care permit comunicarea lor prin semnale. (credit: modificare a lucrării de Mariana Ruiz Villareal)

The Bari Barrier

Figura 2. Faceți clic pentru o imagine mai mare. Pielea umană are trei straturi, epiderma, derma și hipodermul, care asigură o barieră groasă între microbii din afara corpului și țesuturile mai profunde. Celulele moarte ale pielii de pe suprafața epidermei sunt vărsate continuu, luând cu ele microbi pe suprafața pielii. (credit: modificare a muncii de către Institutele Naționale de Sănătate)

Una dintre cele mai importante bariere fizice ale corpului este bariera cutanată, care este compusă din trei straturi de celule strâns strânse. Stratul superior subțire se numește epidermă. Un al doilea strat mai gros, numit derm, conține foliculi de păr, glande sudoripare, nervi și vase de sânge. Un strat de țesut gras numit hipoderm se află sub derm și conține vase sanguine și limfatice (Figura 2).

Cel mai înalt strat de piele, epiderma, constă din celule care sunt ambalate cu keratină. Aceste celule moarte rămân ca un strat dens strâns conectat, de coji de celule umplute cu proteine pe suprafața pielii. Keratina face suprafața pielii dură din punct de vedere mecanic și rezistentă la degradarea de către enzimele bacteriene.Acizii grași de pe suprafața pielii creează un mediu uscat, sărat și acid, care inhibă creșterea unor microbi și este foarte rezistent la descompunerea de către enzimele bacteriene. În plus, celulele moarte ale epidermei sunt frecvent vărsate, împreună cu orice microb care ar putea fi agățat de ele. Celulele pielii vărsate sunt înlocuite continuu cu celule noi de jos, oferind o nouă barieră care va fi curând vărsată în același mod.

Infecțiile pot apărea atunci când bariera pielii este compromisă sau ruptă. O rană poate servi drept punct de intrare pentru agenții patogeni oportunisti, care pot infecta țesutul cutanat care înconjoară rana și, eventual, se poate răspândi în țesuturi mai adânci.

În majoritatea condițiilor, ciupercile nu pot produce infecții ale pielii la persoanele sănătoase. Ciupercile cresc filamente cunoscute sub numele de hife, care nu sunt deosebit de invazive și pot fi ușor ținute la distanță de barierele fizice ale pielii și ale membranelor mucoase. Cu toate acestea, rănile mici din piele, cum ar fi cele cauzate de spini, pot oferi o deschidere pentru agenții patogeni oportuniste, cum ar fi Sporothrix schenkii, o ciupercă care locuiește în sol și agentul cauzator al bolii grădinarului de trandafiri. Odată ce încalcă bariera cutanată, S. schenkii poate infecta pielea și țesuturile subiacente, producând leziuni ulcerate precum Mike. Cu toate acestea, alți agenți patogeni pot pătrunde în țesutul infectat, provocând infecții bacteriene secundare.

Din fericire, boala grădinarului de trandafiri este tratabilă. Medicul lui Mike i-a scris o rețetă pentru unele medicamente antifungice, precum și un curs de antibiotice pentru combaterea infecțiilor bacteriene secundare. Leziunile sale s-au vindecat în cele din urmă, iar Mike a revenit la muncă cu o nouă apreciere pentru mănuși și îmbrăcăminte de protecție.

Membranele mucoase

Membranele mucoase care acoperă nasul, gura, plămânii , iar tractul urinar și digestiv oferă o altă barieră nespecifică împotriva potențialilor agenți patogeni. Membranele mucoase constau dintr-un strat de celule epiteliale legate de joncțiuni strânse. Celulele epiteliale secretă o substanță umedă, lipicioasă numită mucus, care acoperă și protejează straturile celulare mai fragile de sub ea și captează resturile și particulele, inclusiv microbii. Secrețiile de mucus conțin, de asemenea, peptide antimicrobiene.

Figura 4. Această micrografie electronică de scanare prezintă epiteliale ciliate și nonciliate celule din traheea umană. Scara rulantă mucociliară împinge mucusul departe de plămâni, împreună cu resturile sau microorganismele care pot fi prinse în mucusul lipicios, iar mucusul se deplasează până la esofag, unde poate fi îndepărtat prin înghițire.

n multe regiuni ale corpului, acțiunile mecanice servesc la eliminarea mucusului (împreună cu microbii prinși sau morți) din corp sau departe de potențialele locuri de infecție. De exemplu, în sistemul respirator, inhalarea poate aduce microbi, praf, spori de mucegai și alte resturi mici din aer. Aceste resturi devin prinse în mucusul care acoperă căile respiratorii, un strat cunoscut sub numele de pătură mucociliară. Celulele epiteliale care căptușesc părțile superioare ale tractului respirator sunt numite celule epiteliale ciliate, deoarece au apendicele asemănătoare părului, cunoscute sub numele de cili. Mișcarea cililor propulsează mucusul încărcat de resturi afară și departe de plămâni. Mucusul expulzat este apoi înghițit și distrus în stomac, sau tuse sau strănut (Figura 4). Acest sistem de îndepărtare este adesea numit scara rulantă mucociliară.

Scara rulantă mucociliară este o barieră atât de eficientă pentru microbi încât plămânii, porțiunea cea mai joasă (și cea mai sensibilă) a căilor respiratorii, au fost considerate mult timp ca fiind un mediu steril la persoanele sănătoase. Abia recent cercetările au sugerat că plămânii sănătoși pot avea o microbiotă normală mică.Întreruperea scării rulante mucociliare prin efectele dăunătoare ale fumatului sau boli precum fibroza chistică poate duce la colonizarea crescută a bacteriilor din tractul respirator inferior și la infecții frecvente, ceea ce evidențiază importanța acestei bariere fizice pentru apărarea gazdei.

a fel ca și tractul respirator, tractul digestiv este un portal de intrare prin care microbii pătrund în organism, iar membranele mucoase care acoperă tractul digestiv oferă o barieră fizică nespecifică împotriva microbilor ingerați. Tractul intestinal este căptușit cu celule epiteliale, intercalate cu celule calice secretoare de mucus (Figura 5). Acest mucus se amestecă cu materialul primit din stomac, prinzând microbii alimentari și resturile. Acțiunea mecanică a peristaltismului, o serie de contracții musculare în tractul digestiv, mută mucusul sloughed și alt material prin intestine, rect și anus, excretând materialul în fecale.

Figura 5. Celulele calicice produc și secretă mucus. Săgețile din această micrografie indică celulele calice secretoare de mucus (mărire 1600⨯) în epiteliul intestinal. (micrografie de credit: Micrografie furnizată de Regents of University of Michigan Medical School © 2012)

Endotelie

Celulele epiteliale care acoperă tractul urogenital, vasele de sânge, vasele limfatice , și anumite alte țesuturi sunt cunoscute sub numele de endotelii. Aceste celule strâns împachetate oferă o barieră deosebit de eficientă împotriva invadatorilor. Endotelia barierei hematoencefalice, de exemplu, protejează sistemul nervos central (SNC), care constă din creier și măduva spinării. SNC este una dintre cele mai sensibile și importante zone ale corpului, deoarece infecția microbiană a SNC poate duce rapid la inflamații grave și adesea fatale. Joncțiunile celulare din vasele de sânge care călătoresc prin SNC sunt unele dintre cele mai strânse și mai dure din corp, împiedicând orice microbi tranzitorii din sânge să intre în SNC. Aceasta păstrează lichidul cefalorahidian care înconjoară și scaldă creierul și măduva spinării steril în condiții normale.

Apărări mecanice

Pe lângă barierele fizice care țin microbii în afară, corpul are o serie de apărări mecanice care îndepărtează fizic agenții patogeni din corp, împiedicându-i să se stabilească. Am discutat deja câteva exemple de apărare mecanică, inclusiv eliminarea celulelor pielii, expulzarea mucusului prin scara rulantă mucociliară și excreția fecalelor prin peristaltismul intestinal. Alte exemple importante de apărare mecanică includ acțiunea de spălare a urinei și a lacrimilor, care ambele servesc pentru a transporta microbii departe de corp. Acțiunea de spălare a urinei este în mare parte responsabilă pentru mediul normal steril al tractului urinar, care include rinichii, ureterele și vezica urinară. Urina care iese din corp spală microorganismele tranzitorii, împiedicându-le să își stabilească reședința. Ochii au, de asemenea, bariere fizice și mecanisme mecanice pentru prevenirea infecțiilor. Genele și pleoapele împiedică praful și microorganismele aeriene să ajungă la suprafața ochiului. Orice microbi sau resturi care trec peste aceste bariere fizice pot fi spulberate prin acțiunea mecanică a clipirii, care scaldă ochiul în lacrimi, spălând resturile (Figura 6).

Figura 6. Lacrimile îndepărtează microbii de la suprafața ochiului. Urina spală microbii din tractul urinar pe măsură ce trece; ca rezultat, sistemul urinar este în mod normal steril.

Microbiom

În diferite regiuni ale corpului, microbiota rezidentă servește ca o apărare importantă de primă linie împotriva agenților patogeni invadatori. Prin ocuparea siturilor de legare celulară și competiția pentru nutrienții disponibili, microbiota rezidentă previne etapele critice timpurii de atașare și proliferare a agenților patogeni necesari pentru stabilirea unei infecții. De exemplu, în vagin, membrii microbiotei rezidente concurează cu agenți patogeni oportunisti precum drojdia Candida. Această competiție previne infecțiile prin limitarea disponibilității nutrienților, inhibând astfel creșterea Candidei, menținând populația sa sub control. Competiții similare apar între microbiotă și potențiali agenți patogeni de pe piele, în tractul respirator superior și în tractul gastro-intestinal. Așa cum se va discuta mai târziu în acest capitol, microbiota rezidentă contribuie, de asemenea, la apărarea chimică a apărărilor nespecifice ale gazdei înnăscute.

Importanța microbiotei normale în apărarea gazdei este evidențiată de susceptibilitatea crescută la boli infecțioase atunci când microbiota este perturbată sau eliminată. Tratamentul cu antibiotice poate epuiza semnificativ microbiota normală a tractului gastro-intestinal, oferind un avantaj bacteriilor patogene pentru a coloniza și a provoca infecții diareice. În cazul diareei cauzate de Clostridium difficile, infecția poate fi severă și potențial letală. O strategie pentru tratarea infecțiilor cu C. difficile este transplantul fecal, care implică transferul de material fecal de la un donator (depistat pentru potențiali agenți patogeni) în intestinele pacientului primitor ca metodă de restabilire a microbiotei normale și de combatere a infecțiilor cu C. difficile.

Tabelul 2 oferă un rezumat al apărărilor fizice discutate în această secțiune.