Біологічні бар'єри, реактивність та резистентність

Бар'єри організму

Фізіологічні бар'єри організму - це один із механізмів резистентності, які слугують для захисту організму або його окремих частин, запобігають порушенню постійності внутрішнього середовища(гомеостазу) при впливі на організм факторів, здатних зруйнувати цю сталість – фізичних, хімічних і біологічних властивостей крові, лімфи, тканинної рідини.
Умовно розрізняють зовнішні та внутрішні бар'єри.
До зовнішніх бар'єрів відносять:

• Шкіру, яка захищає організм від фізичних і хімічних змін у навколишньому середовищі і бере участь у терморегуляції.Ну і також зрозуміло, що за рахунок товстого шару епітелію, клітини якого з'єднані між собою за допомогою щільних контактів, шкіра впринципі повністю відокремлює зовнішнє середовище від внутрішнього.
• Зовнішні слизові оболонки, що мають потужний антибактеріальний захист, виділяючи лізоцим, а також за рахунок щільних контактів попереджується проникання небажаних речовин із зовнішнього середовища в кров.
• Дихальний апарат має потужний захист, постійно зустрічаючись із величезною кількістю мікробів і різних речовин навколишньої атмосфери.
  Механізми захисту: а) виведення – кашель, чхання, переміщення війок епітелію, б) лізоцим, в) антитіла – імуноглобулін А, який секретується слизовими оболонками та органами імунітету (при дефіциті імуноглобуліну А розвиваються запальні захворювання).
• Травний бар'єр: а) виведення мікробів і токсичних продуктів слизовою оболонкою, б) бактерицидна дія шлункового соку + лізоцим і імуноглобулін А в) лужна реакція 12-палої кишки - всі ці чинники сприяють знешкодженню патологічних мікроорганізмів.

Внутрішні бар'єри регулюють надходження(забезпечують проникання одних, при цьому повністю запобігають проникненню інших) з крові до органів і тканин необхідних енергетичних ресурсів і своєчасний відтік продуктів клітинного обміну речовин, що забезпечує сталість складу, фізико-хімічних і біологічних властивостей тканинної (позаклітинної) рідини та збереження їх на певному оптимальному рівні.
До гісто-гематичних бар'єрів можна віднести всі без винятку бар'єрні утворення між кров'ю та органами. Серед них найбільш спеціалізованими та важливими є гемато-енцефалічний, гемато-офтальмічний, гемато-лабіринтний, гемато-плевральний, гемато-синовіальний та плацентарний бар'єри. Структура гісто-гематичних бар'єрів визначається головним чином будовою органу, до системи якого вони входять. Основним елементом гісто-гематичних бар'єрів є кровоносні капіляри. Ендотелій капілярів у різних органах має характерні морфологічні особливості.
Основний фактор, що впливає на проникність гістогематичного бар'єру, – це здатність стінок капілярів пропускати різні речовини. Ця проникність залежить від:

• Будови і функцій капілярів
• Роботи ферментних систем
• Нервової та гуморальної (гормональної) регуляції

Стінка капілярів з точки зору гістологів складається з ендотелію та базальної мембрани. Але з точки зору фізіологів виділяють чотирьохшаровий бар'єр:

• Перший шар (внутрішній) – це фібрин-мономер, який контролює проникність стінки капіляра.
• Другий шар – це ендотеліальні клітини та міжклітинна речовина, які утворюють основну частину стінки капіляра.
• Третій шар – базальна мембрана, яка відокремлює ендотелій від оточуючих тканин. Вона складається з щільної сітки, пронизаної речовинами сполучної тканини, і є підкладкою для епітелію. У різних місцях вона може мати від 1 до 3 шарів або взагалі бути відсутньою.
• Четвертий шар – це сполучна тканина, яка містить різні клітини (тучні клітини, ретикулоцити, макрофаги).

Усі капіляри за будовою ендотеліального каркаса діляться на три типи:

• З неперервною стінкою (закриті капіляри) – зустрічаються в гладких та скелетних м’язах, серці, центральній нервовій системі (ЦНС), легенях. Прикладом є гематоенцефалічний бар’єр (ГЕБ).

• З віконцями (фенестровані капіляри) – зустрічаються в нирках і кишечнику.
• З переривчастою стінкою – знаходяться в кістковому мозку, печінці та селезінці.

У крові є ферменти, які можуть змінювати проникність стінок судин. У нормі їх активність невелика, але при хворобах або під впливом різних факторів активність ферментів збільшується, що призводить до підвищеної проникності. Це ферменти гіалуронідаза та плазмін. Нервова регуляція проходить так, що медіатор (хімічна речовина) з потоком рідини надходить до стінок капілярів. Симпатична нервова система зменшує проникність, а парасимпатична – збільшує.
Гуморальна регуляція здійснюється речовинами, які поділяються на дві групи: ті, що підвищують проникність, і ті, що знижують її.

• Гепарин знижує активність гіалуронідази, що зменшує проникність.
• Гістамін підвищує проникність.
• Ацетилхолін підвищує проникність.
• Кініни підвищують проникність.
• Вітамін D зменшує проникність.
• Кумарин зменшує проникність.
• Рутин зменшує проникність.
• Танін (біофлавоноїди) зменшують проникність.

Найважливішими внутрішніми бар'єрами нашого організму є:

• Печінковий
• Гематоенцефалічний
• Гематолабіринтний
• Гематотиреоїдний
• Гематоофтальмічний
• Гематоплацентарний
• Гематотестикулярний

Печінковий бар'єр - це просто загальна назва всіх біохімічних процесів, які протікають в гепатоцитах з метою знешкодження токсинів та ксенобіотиків.

Гемато-енцефалічний бар'єр (ГЕБ) – фізіологічний бар'єр, що регулює обмін речовин між кров'ю та центральною нервовою системою, перешкоджає проникненню в мозок чужорідних речовин та проміжних(токсичних) продуктів обміну. Він забезпечує відносну незмінність складу, фізичних, хімічних та біологічних властивостей цереброспінальної рідини та адекватність мікросередовища окремих нервових елементів. Морфологічним субстратом ГЕБ є анатомічні елементи, розташовані між кров'ю та нейронами: ендотелій капілярів, без проміжків, що накладаються як черепична покрівля, тришарова базальна мембрана, клітини глії, судинні сплетіння та основна(міжклітинна) речовина (комплекси білка та полісахаридів). Особливу роль відіграють клітини нейроглії. Кінцеві периваскулярні ніжки астроцитів, що прилягають до зовнішньої поверхні капілярів, можуть вибірково екстрагувати з кровотоку необхідні для живлення речовини, стискаючи капіляри – уповільнюючи кровотік і повертаючи в кров продукти обміну. Проникність ГЕБ у різних відділах неоднакова і може змінюватися по-різному. Встановлено, що в мозку є "безбар'єрні зони" (area postrema, нейрогіпофіз, ніжка гіпофіза, епіфіз і сірий горбок), де відбувається повний обмін речовин між кров'ю та тканиною(тобто, тут немає структур, які б утворювали гематоенцефалічний бар'єр). В деяких відділах мозку (гіпоталамус) проникність ГЕБ до біогенних амінів, електролітів, деяких чужорідних речовин вища за інші відділи, це потрібно для того, щоб відповідний відділ мозку міг швидко аналізувати склад крові та регулювати діяльність певних внутрішніх органів, щоб ці значення були в межах норми.Наприклад, гіпоталамус має рецептори до ейкозаноїдів - медіаторів запалення.Якщо в крові якимось чином ці ейкозаноїди опиняються, то це означає, що організм десь пошкоджений(як правило, чинник - бактерія).Ейкозаноїди швидко проникають в гіпоталамус за рахунок знижених бар'єрних властивостей ГЕБу в цій ділянці, а це дозволяє гіпоталамусу своєчасно відреагувати на ейкозаноїди та запустити каскад реакцій для підвищення еталону температури.Температура підвищується, а це є не сприятливим фактором для розвитку бактерій.
Проникність ГЕБ змінюється за різних станів організму – під час менструації та вагітності, при зміні температури навколишнього середовища та тіла, порушенні харчування та авітамінозі, втомі, безсонні, різних дисфункціях, травмах, нервових розладах. У процесі філогенезу нервові клітини стають більш чутливими до змін складу і властивостей навколишнього середовища. Висока лабільність нервової системи у дітей залежить від проникності ГЕБ.
А ще одним цікавим моментом є те, що ГЕБ легше пропускає речовини з ЦНС(продукти обміну) в кров, ніж з крові в ЦНС. Вивчення захисної функції ГЕБ має особливе значення для виявлення патогенезу та терапії захворювань ЦНС. Зниження проникності бар'єра сприяє проникненню до центральної нервової системи не лише чужорідних речовин, а й продуктів порушеного метаболізму. Водночас підвищення опірності ГЕБ частково або повністю закриває шлях захисним антитілам, гормонам, метаболітам, медіаторам. У клініці запропоновані різні методи підвищення проникності ГЕБ (перегрівання або переохолодження організму, вплив рентгенівськими променями, щеплення малярії), або введення препаратів безпосередньо в цереброспінальну рідину.
Ще б хотілось додати про ГЛЮТ1 канал, який особливо виражено експресується на ендотеліоцитах капілярів мозку.Цей глюкозний транспортер пропускає глюкозу в ендотеліоцит(знаходиться на апікальній мембрані) та випускає цей моносахарид з клітини в тканину мозку(на базолатеральній мембрані) має доволі низьку спорідненість до глюкози, що пояснює чому мозок може жити при майже гіпоглікемічних станах(тобто, коли рівень глюкози в крові 3ммоль).

Реактивність

Реактивність – це здатність організму як цілісної системи, а також його органів і клітин, відповідати на впливи навколишнього середовища.
Реактивність слід відрізняти від поняття реакції. Реакція – це зміни обміну речовин, структури та функцій у відповідь на подразнення біологічної системи.Вона є проявом реактивності, але не самим її властивістю. Реактивність визначає особливості реакції організму на ті чи інші впливи. У той же час, вихідний стан виконавчих систем організму, які забезпечують відповідну реакцію, також впливає на рівень реактивності. Це означає, що реактивність визначає величину реакції, яка, в свою чергу, впливає на рівень реактивності. Інакше кажучи, між реактивністю та реакцією існує взаємозалежність: реактивність задає потенційну реакцію організму на подразники, а сама реакція, зі свого боку, може впливати на подальші зміни рівня реактивності.
Класифікація реактивності:

• Біологічна реактивність – зміни життєдіяльності захисно-пристосувального характеру, що виникають під впливом звичайних (адекватних)подразників навколишнього середовища. Цю реактивність іноді називають первинною. Вона спрямована на збереження виду в цілому, а також кожної особини окремо.Прикладом є міграція тварин.
• Індивідуальна реактивність – залежить як від спадковості, віку, статі, так і від харчування, температури, вмісту кисню, води та інших факторів середовища, у якому перебуває організм. Ця форма реактивності характерна для кожного окремого індивіда.Прикладом є те, що не у всіх людей виникає імунітет проти вірусу відразу ж після першої вакцинації.

Також реактивність буває:

• Фізіологічну індивідуальну реактивність – охоплює реакції здорового організму в відносно сприятливих умовах існування.
• Специфічна фізіологічна реактивність включає імунологічну реактивність (імунну систему) і резистентність або специфічну опірність до дії конкретних факторів середовища.
• Неспецифічна фізіологічна реактивність включає реакції стресу, парабіоз, домінанту, запредельне гальмування та інші.
• Патологічну індивідуальну реактивність, що також залежить від вищезазначених факторів і може проявлятися у вигляді специфічних та неспецифічних форм реагування.
• Специфічна патологічна реактивність включає
:
• Алергію – стан якісно зміненої реакції організму на фактори навколишнього середовища (їжа, температура, ліки).
• Патологію імунітету, що проявляється у імунодефіцитних станів (станів, пов'язаних із нестачею елементів імунної системи, найчастіше лімфоцитів), імуносупресивних станів (станів, пов'язаних із пригніченням або депресією імунної системи).
• Неспецифічна патологічна реактивність включає патологічну домінанту, киндлінг (формування епілептогенного вогнища), патологічну лабільність, дистрес, некробіоз та інші.
• Вікова реактивність – це зміни здатності організму реагувати на інфекції та інші подразники в залежності від віку. Виділяють три основні стадії:
  а) Знижена реактивність у ранньому дитячому віці (1-2 роки): у малюків нервова система ще не повністю розвинена, а захисні бар'єри організму (шкіра, слизові оболонки) слабкі. Тому діти цього віку мають нижчу здатність захищатися від інфекцій.
  б) Збільшення реактивності під час статевого дозрівання (14-20 років): у цей період нервова система і захисні бар'єри організму розвиваються та стають сильнішими. Організм краще бореться з інфекціями, виробляючи антитіла. в) Зниження реактивності у старечому віці (після 70 років): у літніх людей знижується реактивність нервової системи та послаблюються захисні функції організму. Це призводить до підвищеної вразливості до інфекцій, особливо вірусних (грип, енцефаліт тощо), через знижену здатність виробляти антитіла та інші захисні клітини.
• Групова реактивність – це схильність до захворювань у людей з певними групами крові.

В залежності від вираженості відповіді розрізняють:

• Нормоергія – Стан реактивності організму, при якому його реакції відповідають характеру і силі дії фактора, що викликав цю реакцію.
• Гіперергія(підвищена) – надмірна реакція організму на патогенний фактор, що може призводити до шкоди для організму.
• Гіпоергія(підвищена) – слабка або недостатня реакція організму на патогенний фактор, що може ускладнювати боротьбу з інфекцією.
• Дизергія(підвищена) – неправильна або неадекватна реакція організму на патоген, яка призводить до порушення нормального захисного процесу.

Резистентність

Резистентність організму (від лат. resistentia – опір) – це здатність організму протистояти впливу різних шкідливих факторів. У процесі еволюції організм людини та тварин набув функціональних властивостей, які забезпечують його виживання в умовах постійної взаємодії з навколишнім середовищем. Багато факторів середовища (фізичних чи біологічних) могли б викликати порушення життєдіяльності або навіть загибель організму, якби не було достатньо розвинених захисних механізмів і пристосувальних реакцій.
Резистентність тісно пов'язана з реактивністю. Здатність протистояти шкідливим впливам визначається реакцією організму як цілісної системи. Резистентність є одним із проявів реактивності. Це поняття охоплює широкий спектр явищ. У деяких випадках резистентність залежить від властивостей органів і систем, які не пов'язані з активними реакціями на вплив. Наприклад, бар'єрні функції багатьох структур, які перешкоджають проникненню мікроорганізмів і чужорідних речовин, зумовлені їхніми фізіологічними особливостями.
Резистентність може бути активною і пасивною:

• Активна резистентність виникає внаслідок активної адаптації організму до шкідливого фактора. Вона передбачає активне залучення захисних механізмів, таких як неспецифічні (наприклад, фагоцитоз, підвищення стійкості до гіпоксії через посилення вентиляції легень і збільшення кількості еритроцитів) і специфічні (вироблення антитіл у відповідь на інфекцію) захисні реакції, що допомагають організму боротися з хвороботворними чинниками.
• Пасивна резистентність не пов'язана з активною роботою захисних механізмів. Вона забезпечується бар'єрними системами організму, такими як шкіра, слизові оболонки, гематоенцефалічний бар'єр. Наприклад, шкіра і слизові оболонки перешкоджають проникненню мікробів і токсичних речовин завдяки своїм бар'єрним функціям, які залежать від їхньої структури та властивостей, успадкованих від батьків. Ці властивості не є результатом активної відповіді організму на хвороботворні фактори, як, наприклад, стійкість до інфекцій, що виникає при передачі антитіл від матері до дитини або при переливанні крові.Також прикладом пасивної резистентності можна привести шлунковий сік, лізоцим та лужне середовище в кишківнику, так як ці фактори сприяють знешкодженню патогенних мікроорганізмів.

Резистентність, як і реактивність, може бути двох типів:

• Специфічна резистентність – це стійкість організму до певного патогенного агента (наприклад, до конкретної інфекції). Вона ґрунтується на імунних механізмах, таких як вироблення антитіл та інші імунні відповіді, які спрямовані на знищення конкретного збудника.
• Неспецифічна резистентність – це здатність організму протистояти різноманітним факторам, незалежно від їх природи. Вона базується на таких механізмах, як загальний адаптаційний синдром, лихоманка, продукція інтерферону, фагоцитоз, а також активація бар'єрних систем організму. Ці процеси є загальними реакціями на різні подразники і допомагають організму захищатися від багатьох шкідливих впливів.

Взаємозв'язок між реактивністю і резистентністю

Реактивність – більш широке поняття, яке включає резистентність і позначає загальні механізми резистентності, реакцію на будь-який подразник. Резистентність відображає процеси реактивності, як захисно-пристосувальні процеси, що стосуються тільки патогенного фактора.

Реактивність і резистентність не завжди змінюються односпрямовано. Висока реактивність не завжди означає високу (або низьку) резистентність до всіх факторів середовища. Не кожне збільшення реактивності є корисною для організму реакцією. Наприклад, при анафілаксії реактивність підвищена, але недосконала, опірність організму ослаблена.З іншого боку, під час зимової сплячки реактивність знижена, але стійкість до низки подразників, наприклад, до інфекції, підвищена, і це досить досконала пристосувальна реакція. Тому тактика лікаря щодо рівня реактивності організму при лікуванні захворювань має бути різною. При млявих, хронічних захворюваннях, захворюваннях внутрішніх органів, травматичних ураженнях підвищення реактивності організму надасть позитивний ефект, а з іншого боку, при алергічній патології виникає необхідність зниження реактивності щодо конкретного алергену.

Механізми реактивності

Реактивність формується на всіх рівнях життєдіяльності організму – молекулярному, субклітинному, клітинному, органному, системному, організмовому. Так, наприклад, на клітинному рівні – при здійсненні фагоцитозу; на органному – у зміні ритму скорочень ізольованого серця при дії температурних подразників; на системному й організмовому – у зміні стану серцево-судинної системи при вадах серця та ін.
Збудження парасимпатичного відділу вегетативної нервової системи супроводжується збільшенням титру антитіл, посиленням антитоксичної та бар'єрної функції нирок, лімфатичних вузлів.
Збудження симпатичного відділу – виділенням у кров адреналіну й норадреналіну, які стимулюють фагоцитоз, прискорюють обмін речовин. Пригнічення вищої нервової діяльності призводить до зниження захисної ролі сполучної тканини, поглинальної функції її елементів(фагоцитоз), гальмування процесу загоєння ран, а збудження стимулює ці функції.
Важливе значення у визначенні реактивності та резистентності має ендокринна система, особливо гормони передньої долі гіпофіза, коркової речовини наднирників, адреналін – "аварійний гормон". Так, адреналектомія призводить до різкого зниження опірності до механічної травми, дії електричного струму, бактеріальних токсинів та інших патогенних факторів. Введення глюкокортикоїдів в оптимальних дозах збільшує опірність до дії надзвичайних подразників, послаблює запальний процес, а мінералокортикоїди мають протизапальну дію. При гіпертиреозі запалення протікає бурхливо, при гіпотиреозі – мляво. При цукровому діабеті часті гнійничкові ураження шкіри, погане загоєння ран. Значну роль відіграє імунна система, яка забезпечує реакції специфічного та неспецифічного імунітету, і система сполучної тканини – фагоцитоз макрофагів, вироблення антитіл плазматичними клітинами, виділення біологічно активних речовин під час дегрануляції тучних клітин тощо. Основою, що значною мірою формує реактивність, є спадковість, оскільки саме отриманий від батьків набір генів визначає рівень досконалості організму, можливий ступінь розвитку його нервової, ендокринної, імунної систем. Важливими факторами, що забезпечують неспецифічну резистентність, є біологічні бар'єри: зовнішній і внутрішній – гістогематичні бар'єри . Ці бар'єри, а також біологічно активні речовини, що містяться у рідинах (комплемент, лізоцим, опсоніни, пропердин), виконують захисну та регулюючу функцію, підтримують оптимальний склад живильного середовища для органа, сприяють збереженню гомеостазу.