Из чего вообще состоит иммунная система кишечника? Почему именно кишечник так важен в этом отношении? Это очень долгий разговор, бесконечный. Будем разбираться частями.
Желудочно-кишечный тракт, впрочем как и дыхательная система, половая покрыты слизистой оболочкой. Площадь слизистых доходит до 300 квадратных метров. В виду постоянного сообщения перечисленных выше систем с внешним миром, слизистые являются прекрасными воротами для инфекций и разного рода воспалительных процессов, обусловленных травмированием этой самой слизистой. Потому у высших млекопитающих развилась иммунная система слизистых оболочек, мукозальная иммунная система.
По сути это самый большой иммунный орган в организме человека.
Иммунная система слизистых– это слой эпителиальных клеток, что плотно скреплены между собой, покрыты слизью/мукусом и антимикробными пептидами (белками) со стороны просвета кишки, и среди всего этого благолепия распределены различные иммунные компоненты. Также внутри иммунной системы слизистых заключены бактерии и прочие патогены, которые в содружестве проживают с нами лучшие времена и зовем мы их микробиот. Толстый кишечник человека содержит наибольшее количество микробов - примерно 10 в 12 степени бактерий на см3. Микробиота варьируется по составу у разных людей и играет ключевую роль в защите от патогенов, а также в переваривании пищи и питании.
Начнем мы с начала: рассмотрим очень просто стенку кишечника, толстого и тонкого, смотрим на картинку:
Тонкий кишечник:
Особенность его в том, что бОльшая часть проглоченной пищи будет переварена именно тут и всасывание основной массы питательных веществ происходит именно тут. Поэтому поверхность слизистой тонкого кишечника представлена множеством волосков, которые увеличивают поверхность всасывания. Также, в виду того, что именно тут происходит всасывание питательных веществ, слизь, покрывающая кишечный эпителий- менее плотная, в один слой (зеленое поле на картинке, мукус). Именно такая плотность слизи в тонком кишечнике важна не только для всасывающей функции этого отдела, но и для высвобождения пищеварительных ферментов, что находятся в в эпителиальных клетках тонкой кишки.
Помимо стандартных эпителиальных клеток в тонком кишечнике имеются и другие, более специфические: например, клетки Панета ( есть на рисунке выше). Именно эти клетки производят огромное количество местных "антибиотиков", антибактериальных пептидов, и специфических медиаторов, которые будут защищать слизистую кишки от флоры кишечника, что там обитает. Собственно этот механизм антимикробной защиты имеет решающее значение в тонкой кишке из-за прерывистого и проницаемого характера слизи в этой области, да и плотность клеток Панета в виду этого, большая (клеток таких много). Также имеются бокаловидные клетки, именно они и производят слизь в кишечнике. И конечно стволовые кишечные клетки (на рисунке stem cell на дне крипт). Зачем они? эпителий кишечника постоянно обновляется, и стволовые клетки и есть как раз источник обновления эпителиальных кишечных клеток.
Толстый кишечник
Толстый кишечник– это основной храм бактерий в нашем организме, потому и строение стенки толстого кишечника отличается, а также "строение" слизи. Мало того, что оно отличается от тонкого кишечника, оно еще и неоднородно на протяжении самой толстой кишки. "Строение" слизи в начале толстой кишки отличается от строения в конечных ее отделах. Дальный (дистальный, конечный) отдел толстой кишки содержит два непрерывных слоя слизи: внутренний слой слизи толщиной ~50 мкм (он плотно прилегает к эпителиальным клеткам и крепится даже к бокаловидным клеткам), и наружный слой слизи, который не имеет плотного прилегания и именно он содержит бактерии. Толщина наружного слоя слизи определяется составом бактерий, обитающих в слизи.
Наши бактерии в кишечнике, всячески пытаются сожрать нашу слизь и для жизнедеятельности и из вредности. Беспрестанно специальные муцин-разрушающие бактерии делают проплешины в слизи, а бокаловидные клетки всячески пытаются это компенсировать. Например, у мышей без микробиоты, внутренний слой слизи в толстом кишечнике был рыхлый и тонкий. Но как только мышке скормили эндотоксин от кишечной палочки (наш любимый липополисахарид, LPS)– слой слизи тут же уплотнился. То есть организм напрямую адаптируется под условия, что представлены. (все же это очень интересно и показывает, насколько наш организм умный). В той же толстой кишке постоянное выделение слизи бокаловидными клетками способствует динамическому процессу, в ходе которого внутренний слой слизи постепенно преобразуется в нерегулярный и менее липкий наружный слой слизи. Круговорот слизи происходит)).
Итог
Это все очень примерно, безусловно, и главное тут для нашего понимания вот что:
- в тонкой кишке 1 слой слизи, в которой барахтаются бактерии. Этот слой проницаем, плотно не прилегает, потому бактерии имеют контакт с эпителием кишечника, также помним о всасывании питательных веществ, как аргумент необходимости проницаемости мукуса в этом отделе. Соответственно и иммунная защита в этом отделе будет более агрессивная, буферная зона слизи не особенно качественная.
- В толстом кишечнике 2 слоя слизи, которые особенно выражены в дистальных (конечных) отделах. Почему? потому что именно там формируются каловые массы, именно там уже практически ничего не всасывается, именно там огромное количество бактерий, а значит нужна качественная защита/контроль/буферная зона. Потому тут 2 слоя слизи: плотный внутренний и рыхлый внешний.
Вязкость слизи увеличивается к дистальному (к концу) отделу желудочно-кишечного тракта. Этот градиент вязкости по длине кишечника, как сообщается, определяет пространственное распределение кишечной микробиоты. Помимо того, что бактерии различны на протяжении кишечника, состав бактерий, прилегающих непосредственно к слизистой, отличается от бактерий, обитающих в просвете кишечника. И обусловлено такое распределение бактерий вероятно колебаниями уровня кислорода и доступности питательных веществ, и регулирует это все опять же слизь и ее плотность и вязкость.
Слой слизи служит источником углеводов и энергии, преимущественно в форме гликанов, для бактерий, живущих в слизи (отсюда и разрушение слизи этими бактериями, им нужна энергия). Это фактически адаптация бактерий к окружающим условиям. Некоторые из них расщепляют слизь до моносахаров, а потом другие бактерии используют эти моносахара для своей жизнедеятельности. Такой круг взаимопомощи. Например, Bifidobacterium bifidium расщепляет муцины слизи до моносахаров, а потом клостридия сжирает моносахара (ей нужна энергия). Так они и живут в симбиозе дружно.
Одна из важнеших функций слизи– это перенос бактерий, их трансфер по кишечнику с помощью перестальтики. Если слизь очень плотная и вязкая– она неподвижная, перистальтика и трансфер бактерий затруднен, это проблема для организма: Очень красноречивый пример муковисцидоз.
Муковисцидоз вызывается мутациями в гене, что кодирует специальный канал в мембране клеток- CFTR – канал, важный для гидратации слизи. Эти мутации вызывают обезвоживание слизи, покрывающей эпителий. У пациентов слизь остается плотно прикрепленной к эпителию тонкого кишечника, а перистальтические движения не могут продвинуть слизь вперед по желудочно-кишечному тракту. В соответствии с этими изменениями у больных муковисцидозом наблюдается повышенная бактериальная нагрузка, вероятно, из-за повышенного объема и вязкости слизи, которая обеспечивает идеальную среду для комменсальных микробов.
Зачем слизь кишечнику?
Вы уже поняли, что прежде всего это барьер, буфер, защита слизистой оболочки от бактерий и от еды.
Слизь содержит огромное количество иммунных компонентов, по сути это иммунный гель. В слизи кишечника, например, огромное количество иммуноглобулина А. Собственно он весь в слизи, особенно в тонком кишечнике. Зачем? иммуноглобулин А вместе со слизью работают неводом в океане наших условных какашек. Слизь является концентратором иммуноглобулина А в пристеночной зоне кишечника. IgA связывает бактерии, которые пробуют прорваться в стенку кишечника, а также способствуют толерантности иммунной реакции, направляя иммунный ответ в сдержанную сторону, а не в воспалительную. ТАкже подвижность бактерий будет затруднена, их проще будет локализовать и обезвредить, если это нужно. В слизи полно антибактериальных пептидов, того же лизоцима, все, что производится эпителиальными и клетками кишечника– все попадает в слизь и там концентрируется и это ЗАЩИТА. Слизь– это фактически бактерицидная субстанция. Бокаловидные клетки, что слизь производят, также способны захватывать всякие антигены из просвета кишечника и перемещать из в лимфоидные структуры кишки, в частности в руки клеткам свахам, чтобы далее произошла иммунная реакция защиты или толерантности.
Иммунная система очень успешно регулирует секрецию слизи: например, при глистных инвазиях Т-лимфоциты помощники 2 типа и большое количество интерлейкина-13 будет напрямую влиять на бокаловидные клетки, происходит их гиперплазия и соответственно увеличивается значимо сама продукция слизи. Фактически все патогены, которые стремятся вторгнуться в эпителий, разработали стратегии преодоления защиты слизи. Тем более, что слизь тонкого кишечника, как я писала выше, рыхлая и проницаемая, и тут интересно: направление движения слизи требует подвижности бактерий, чтобы плыть против тока, и этому может способствовать выработка бактериями муциндеградирующих протеаз. Подвижность в слизи важна для Salmonella enterica subsp. enterica serovar Typhimurium, Shigella flexneri и Vibrio cholera, которые зависят от жгутиков, хемотаксиса и протеолиза, чтобы проникнуть через слой слизи и достичь эпителия. Это если мы о цели бактерии проникнуть в стенку кишечника. В толстом же кишечнике дело много сложнее, тк слизь плотнее и ее 2 слоя, там орудуют именно ферменты, разрушающие слизь. Порой флора человека настолько дисфункциональна, что содержит огромное количество муцин-разрушающих бактерий, все это способствует воспалительному процессу ( ВЗК).
Мы тут говорим преимущественно о кишечнике, но в дыхательных путях происходит абсолютно тоже самое, и та же гиперплазия бокаловидных клеток и увеличенная продукция слизи происходят при аллергических реакциях и астме непосредственно, по тому же механизму, что и в кишке: влияние воспалительных молекул.
Очень красноречиво:
Если в организме мутация гена, затрудняющая производство мукуса в кишечнике, у животных появляется воспаление кишечника с диареей, кровотечениями, выпадением прямой кишки и повышенной пролиферацией эпителиальных клеток, часто приводящей к развитию опухолей в пожилом возрасте.
В целом мукус– это среда, в которой происходит прямое постоянное общение между иммунной системой и микробиотой. Этот диалог один из важнейших в нашем организме, потому слизь мы должны беречь и клеточки, что ее производят, любить.
Сегодня очень популярны чистки кишечника, где одним из показателей эффективности чистки является выделение слизи в кале. Это ад во плоти. Потому что это не свидетельство здоровья, это свидетельство прямое НЕздоровья и травмирования слизистой кишечника. Мы никогда не вымываем слизь, мы никогда не чистим кишку. Разве что перед колоноскопией, но это раз-два за жизнь.
Слизь это нормально, она должна быть в кишечнике, это наш друг брат сват, все, что хотите. Пожалуйста, не вычищайте ее.
Лучше правильно и сбалансированно питаться, чтобы бокаловидные клеточки слаженно работали на наше благо.
Если было интересно, поставь лайк, а мы в следующий раз продолжим.
https://www.nature.com/articles/nri.2016.88