Условно различают внешние и внутренние барьеры. К внешним барьерам относят кожу, органы дыхания, пищеварения, почки, а также слизистые оболочки рта, носа, глаз, половых органов. Кожа предохраняет организм от механических, радиационных и химических воздействий, препятствует проникновению в него микроорганизмов, ядовитых веществ, способствует выведению некоторых продуктов метаболизма. В органах дыхания, помимо обмена газов, происходит очистка вдыхаемого воздуха от пыли и мелкодисперсных вредных веществ. На протяжении пищеварительного тракта осуществляются специфическая обработка попадающих в него пищевых веществ, удаление не использованных организмом продуктов, а также газов, образующихся в кишечнике при брожении.
В печени обезвреживаются чужеродные ядовитые соединения, поступающие с пищей или образующиеся в процессе пищеварения. За счет функции почек обеспечиваются постоянство состава крови, выведение из организма конечных продуктов обмена веществ.
Внутренние барьеры регулируют поступление из крови в органы и ткани необходимых для их деятельности веществ и своевременное выведение конечных продуктов клеточного метаболизма, обеспечивают постоянство оптимального состава тканевой (внеклеточной) жидкости. Одновременно они препятствуют поступлению из крови в органы и ткани чужеродных и ядовитых веществ.
Внутренние барьеры получили различные названия: тканевых, гематопаренхиматозных, сосудисто-тканевых и т.д. Наибольшее распространение получил термин «гистогематический барьер». Особенностью гистогематического барьера является его избирательная (селективная) проницаемость, т.е. способность пропускать одни вещества и задерживать другие. Особо важное значение для жизнедеятельности организма имеют специализированные барьеры. К ним относят гематоэнцефалический барьер (между кровью и центральной нервной системой), гематоофтальмический барьер (между кровью и внутриглазной жидкостью), гематолабиринтный барьер (между кровью и эндолимфой лабиринта), барьер между кровью и половыми железами. К гистогематическим барьерам относят также барьеры между кровью и жидкими средами организма (цереброспинальной жидкостью, лимфой, плевральной и синовиальной жидкостями) - так называемый гематоликворный, гематолимфатический, гематоплевральный, гематосиновиальный барьеры. Барьерными свойствами, защищающими развивающийся плод, обладает и плацента.
Основными структурными элементами гистогематических барьеров являются эндотелий кровеносных сосудов, базальная мембрана, в состав которой входит большое количество нейтральных мукополисахаридов, основное аморфное вещество, волокна и т.д. Структура гистогематических барьеров определяется в значительной степени особенностями строения органа и варьирует в зависимости от морфологических и физиологических особенностей органа и ткани.
В основе барьерные функциилежат процессы диализа, ультрафильтрации, осмоса, а также изменение электрических свойств, растворимости в липидах, тканевого сродства или метаболической активности клеточных элементов. Важное значение в функции некоторых гистогематических барьеров придается ферментному барьеру, например, в стенках микрососудов мозга и окружающей их соединительнотканной стромы (гематоэнцефалический барьер) - обнаружена высокая активность ферментов - холинэстеразы, карбоангидразы, ДОФА-декарбоксилазы и др. Эти ферменты, расщепляя некоторые биологически активные вещества, препятствуют их проникновению в мозг.
Функциональное состояние гистогематического барьера определяется соотношением концентраций того или иного вещества в органе и омывающей его крови. Эта величина получила название коэффициента проницаемости, или коэффициента распределения.
Барьерные функции меняются в зависимости от возраста, пола, нервных, гуморальных и гормональных взаимоотношений в организме, тонуса вегетативной нервной системы, многочисленных внешних и внутренних воздействий. В частности, воздействие на организм ионизирующего излучения вызывает снижение защитной функции гистогематических барьеров, причем степень снижения и обратимость функциональных изменений зависят от величины поглощенной дозы. На проницаемость гистогематических барьеров влияют также механические и термические воздействия. Отмечено избирательное изменение проницаемости клеточных мембран гистогематических барьеров при введении в организм психотропных препаратов, этанола.
Различные патологические состояния могут нарушать проницаемость гистогематических барьеров. например, при менингоэнцефалите резко повышается проницаемость гематоэнцефалического барьера, что вызывает различного рода нарушения целостности окружающих тканей. Проницаемость гистогематических барьеров можно изменять направленно, что находит применение в клинике (например, для повышения эффективности химиотерапевтических препаратов).
С давних времен человечество страдало от заразных болезней.
Наиболее тяжелые из них - чума, оспа - часто принимали массовое распространение, вызывая повальный мор. История хранит воспоминания о страшных временах, когда цветущие города превращались в обширные кладбища.
Наблюдая за распространением инфекционных заболеваний, люди вместе с тем не могли не заметить, что не каждый человек оказывался подверженным болезни. Очень часто переболевшие не заражались вновь, даже тесно общаясь с больными. Хорошо известно, например, что многие дети не болеют дифтерией, коклюшем, свинкой, хотя были в близком контакте со своими больными сверстниками.
В наши дни вряд ли кто станет оспаривать факт, что развитие инфекционного заболевания обусловлено не только одними микроорганизмами. Немалую роль играет и состояние защитных барьеров самого организма.
Что же это такое - защитные барьеры организма? Какие факторы снижают их активность и тем самым усиливают опасность возникновения заболевания? Существуют ли пути повышения этих защитных барьеров?
Различают специфические и неспецифические защитные барьеры. Не умаляя роли специфических иммунологических реакций организма, расскажем о неспецифических защитных факторах.
Первыми принимают на себя нападение микробов кожа и слизистые оболочки. Их справедливо можно назвать передовой линией обороны организма. Кожа и слизистые оболочки покрыты непрерывно обновляющимся слоем эпителиальных клеток - плотным невидимым панцирем. Они являются прежде всего механическим препятствием, не позволяющим микробам проникнуть в глубь организма.
Этим отнюдь не исчерпывается защитная роль кожи и слизистых оболочек. Наша кожа сама способна «расправляться» с попавшими на нее бактериями. Такое ее свойство известно в медицине как бактерицидная функция кожи. На сухом плотном роговом слое затруднено размножение микробов. Кислая реакция поверхности кожи также неблагоприятна для большинства микроорганизмов, на них воздействуют и содержащиеся в коже жирные кислоты. Судьбу микробов на коже человека изучали многие исследователи. Так, английский ученый Колброк, смочив палец бульонной культурой стрептококка (возбудитель гнойных инфекций), обнаружил на нем через 3 минуты 30000000 этих бактерий, через час - 1722000, а через 2 часа - только 7000.
Интересно, что здоровая, чистая кожа обладает способностью более быстро уничтожать микроорганизмы. Эксперименты показали, что на немытых руках количество нанесенных на кожу микробов не только не уменьшается, а медленно увеличивается. В то же время микроорганизмы, помещенные на кожу чистых рук, исчезают очень быстро. Таким образом, в процессе мытья кожа механически освобождается от микробов, и больше того - усиливается ее самостерилизующая способность. Вот почему так важно неукоснительно следовать правилам гигиены. Это - верное и надежное средство усилить наш первый защитный барьер.
Однако исследователи установили, что стерилизующее свойство кожи проявляется преимущественно в отношении тех видов микробов, которые приходят в соприкосновение с ней сравнительно редко. Это действие ничтожно против микробов - обычных обитателей кожи.
Можно ли усилить бактерицидную функцию кожи? Ученые отвечают: да, можно. Солнечные лучи, особенно ультрафиолетовая часть спектра, воздушные ванны, водные процедуры - все эти факторы, если умело, разумно их использовать, повышая устойчивость организма к различным воздействиям, в значительной мере укрепляют и защитные свойства кожных покровов.
Вы не раз замечали, возможно, с какой быстротой и легкостью заживают ссадины, небольшие ранки во рту. Если бы раневая поверхность, образующаяся, к примеру, после удаления зуба, находилась на каком-либо другом участке организма, в соседстве с таким количеством микробов, которое находится во рту, заражение было бы неминуемо. В чем же дело? Что повышает защитный потенциал слизистых оболочек? Лизоцим . Это особое вещество, губительно действующее на микроорганизмы. Лизоцимом оно названо за способность растворять, лизировать бактерии.
Содержание лизоцима на слизистых оболочках глаз, носовой полости, дыхательных путей не остается неизменным. Так, например, его уровень в слюне снижается при некоторых заболеваниях полости рта. Интересные данные были получены в лаборатории кафедры микробиологии Челябинского медицинского института. Оказалось, что у некурящих людей уровень лизоцима в слюне в два раза выше, чем у курильщиков.
Несмотря на то, что кожа и слизистые оболочки являются значительным препятствием на пути микробов, все же эти барьеры не всегда достаточно надежны. Их целостность может быть нарушена, и тогда микроорганизмы проникают в ткани. В значительном большинстве случаев при этом развивается воспалительный процесс.
И. И. Мечников впервые показал, что воспаление - это защитная реакция организма, препятствующая дальнейшему распространению болезнетворных микробов. В основе воспалительной реакции лежит способность различных клеток организма захватывать, переваривать микроорганизмы, то есть фагоцитировать их.
Фагоцитоз является весьма чувствительной реакцией, которая отражает не только готовность организма вести борьбу с возбудителями болезни, но и общую его реактивность, то есть способность отвечать на воздействия извне.
В нашей лаборатории долгое время изучалось влияние регулярной физической тренировки на фагоцитоз. Между общим состоянием организма и его иммунобиологической реактивностью, которая определялась по уровню фагоцитоза, обнаружена прямая зависимость. Наблюдения показали, что у людей, недостаточно тренированных, фагоцитоз ниже, чем у спортсменов, тренирующихся регулярно. По уровню фагоцитарной реакции организма, определяемой накануне соревнований, можно было даже судить о степени тренированности спортсмена.
Итак, воспаление и фагоцитоз являются мощным барьером на пути микробов. Однако, если микробов слишком много или они обладают высокими болезнетворными свойствами, они проходят и через этот барьер. Тогда в борьбу с ними включается лимфатическая система организма и прежде всего лимфатические узлы.
Если вовремя не лечить панариций (воспаление тканей пальца), то можно заметить, как под кожей ладонной поверхности предплечья появляются тонкие красные нити, которые со временем удлиняются в направлении локтевой ямки. Эти нити есть не что иное, как воспаленные лимфатические капилляры, в которые проникли микробы. По этим капиллярам болезнетворные микроорганизмы продвигаются в сторону лимфатических узлов - локтевых, подмышечных, подколенных, паховых. Такие узлы есть и в легких, в кишечнике, в полости глотки, в области шеи и т. д. Выполняя барьерную функцию, лимфоузлы задерживают бактерии, которые в них нередко погибают.
Доказать участие лимфатических узлов в защите организма от инфекции можно следующим опытом. Если взять две группы мышей и ввести одним из них микробы в ладонную поверхность передней лапки, то уже через 30 минут у этих мышей микробы появляются в крови. У мышей же, которых заразили через ладонную поверхность задней лапки, бактерии появляются в крови только через 3 часа и в значительно меньшем количестве. В чем дело? Оказывается, у мышей на передней лапке есть всего один лимфатический узел - подмышечный, в то время как на задней - два: подколенный и паховый. Микроорганизмы, введенные в заднюю лапку экспериментального животного, должны были пройти два лимфатических барьера, это и способствовало их задержке на более длительный срок.
Когда защитная роль лимфатических узлов оказывается недостаточной, бактерии попадают непосредственно в кровь. Давно уже исследователи обратили внимание на тот факт, что если экспериментальным животным ввести определенную дозу микробов, то через некоторое время они исчезают из организма. Вначале предполагали, что микроорганизмы удаляются выделительными органами, например, почками. Позже было установлено, что немалую роль играет способность клеток поглощать попавших в организм микробов, а затем убивать и растворять их. Кроме того, исчезновение микробов непосредственно связано с наличием в организме, главным образом в крови, ряда так называемых гуморальных веществ, губительно действующих на микроорганизмы.
Какие же вещества убивают и растворяют бактерии? Их много. Это и лизоцим (о нем мы уже говорили выше), и алексин, и пропердин, и лейкины, которые образуются в процессе гибели лейкоцитов , и антитела. Наиболее мощными из этих факторов являются алексин и лизоцим.
Алексин обнаружил в крови немецкий ученый Бухнер еще в 1899 году. В пробирки со свежей сывороткой крови он вносил известное количество бактерий. Через различные промежутки времени эти смеси он высевал на чашки с питательной средой. Чашки выдерживали в термостате строго определенный срок, а затем считали количество выросших на них колоний микроорганизмов. Оказалось, что оно было тем меньше, чем позже высевали смесь из пробирки. Ученые пришли к выводу, что в сыворотке содержится особое вещество, губительно действующее на микроорганизмы. Это вещество получило название алексин.
Много интересного дали наблюдения на донорах, у которых изучали уровень алексина, лизоцима и других естественных защитных факторов организма в различное время дня и в различные сезоны года. Установлено, что осенью и зимой активность лизоцима и алексина ниже по сравнению с весной и летом. Даже в течение суток уровень этих защитных факторов меняется, как правило, а значительных пределах. Минимальное их количество отмечено утром и вечером, а максимальное - днем.
Уровень алексина и лизоцима снижается у беременных, а также при различных заболеваниях. На многие размышления наводит тот факт, что в крови людей, страдающих хроническим алкоголизмом, так же, как и у курильщиков, лизоцима в два раза меньше, чем полагается по норме.
В животном мире, огромном и многообразном, непрерывно происходит приспособление к новым условиям существования. Микробы, внедряясь в наш организм, далеко не всегда вызывают заболевание. И то, что заражение еще не равнозначно заболеванию, возможно лишь благодаря необычайной гибкости защитно-приспособительных систем организма. Чтобы сохранить это ценнейшее качество, эту способность быстро реагировать на любые изменения окружающей среды, на внедрение различных опасных для нас микробов, организм следует тренировать, закаливать. Никогда нельзя забывать об этом главном условии, во многих случаях определяющем устойчивость организма к различным вредным факторам.
- Профессор Л. Я. Эберт
Барьерные функции - это совокупность биохимических и физико-химических процессов на мембране клетки, регулирующих поступление различных веществ из окружающей межклеточной жидкости в клетку.
Барьерные функции обеспечивают постоянство внутренней среды организма, которую составляют у высших животных и человека кровь и лимфа. Барьерные функции осуществляются так называемыми гисто-гематическими барьерами. Они выполняют две основные функции: 1) регуляцию физико-химического постоянства и качественных биологических особенностей межклеточной жидкости; 2) защиту клеток различных органов и тканей от воздействия вредных веществ, проникающих в организм. Среди гисто-гематических барьеров наиболее важным и изученным является гемато-энцефалический барьер. Он регулирует поступление жизненно важных веществ из крови в нервную ткань и цереброспинальную жидкость и защищает ее от проникновения чужеродных веществ.
Барьерные функции - состояние и деятельность особых физиологических механизмов - барьеров; основной функцией которых является поддержание относительного постоянства состава и свойств внутренней среды организма (крови и тканевой жидкости). Условно различают барьеры внешние (кожа, слизистые оболочки, дыхательный, пищеварительный и выделительный аппараты) и внутренние (по терминологии разных авторов: гисто-гематические, гемато-паренхиматозные, гистиоцитарные, тканевые), расположенные между кровью и тканевой (межклеточной) жидкостью органов и тканей. Через внутренние барьеры в тканевую жидкость избирательно поступают необходимые для питания клеток вещества и выводятся продукты клеточного метаболизма.
Каждый орган имеет свой специализированный барьер, функциональная характеристика которого определяется морфологическими и физиологическими особенностями данного органа. Барьеры регулируют обмен веществ между кровью и тканевыми элементами (регулирующая функция) и предохраняют органы от поступления искусственно введенных в организм чужеродных веществ, а также ядовитых продуктов метаболизма, образующихся при некоторых патологических состояниях организма (защитная функция). От барьерных функций зависит в значительной степени чувствительность органов и тканей к бактериям, ядам и токсинам. Проявлением защитной функции барьеров объясняется неравномерное распределение введенных в кровь различных химических и биологически активных веществ, отсутствие эффекта при лечении некоторыми лекарственными препаратами.
Состояние любого органа, его трофика и влияние, которое оказывают на него другие органы и физиологические системы, находятся в тесной связи с барьерными механизмами. Увеличение проницаемости соответствующих барьеров делает любой орган более восприимчивым, а ее уменьшение - менее чувствительным, менее восприимчивым к веществам, циркулирующим в крови или введенным в нее с той или иной экспериментальной или терапевтической целью.
Уменьшение сопротивляемости отдельных барьеров по отношению к различным патогенным агентам, находящимся в крови, может явиться причиной заболевания того или иного органа. Под влиянием различных факторов (физиологических, физических, химических, инфекционных и т. д.) проницаемость барьеров изменяется - повышается в одних случаях и снижается в других. Это свойство барьеров может быть использовано для целенаправленного воздействия на отдельные органы или весь организм. Большая пластичность барьерных механизмов, их приспособляемость к условиям внешней и внутренней среды имеют важное значение для нормального существования организма, сохранения определенного уровня физиологических функций, предохранения от инфекций, интоксикаций, функциональных и органических нарушений.
Анатомическим субстратом внутренних барьеров является в основном эндотелий капилляров и прекапилляров, строение которого различно в разных органах. Физиологическая активность барьеров зависит как от проницаемости стенки сосудов, так и от многообразных нейро-эндокринно-гуморальных влияний, регулирующих взаимоотношения между организмом и окружающей его средой, с одной стороны, и между кровью и тканевой жидкостью - с другой.
Проблема барьерной функции широко разрабатывается в СССР (работы Л. С. Штерн и сотр., А. А. Богомольца, Н. Д. Стражеско, Б. Н. Могильницкого, А. И. Смирновой-Замковой, Г.Н. Кассиля, Н.Н. Зайко, Я.Л. Рапопорта и др.). Предложен ряд методов исследования барьерных функций (введение различных красителей, прижизненная микроскопия, микросжигание, радиоизотопная индикация, электронная микроскопия и т. д.). В большинстве случаев для суждения о барьерной функции применяется метод количественного определения в органах и тканях введенного в кровь индикатора, что не всегда является специфическим показателем функционального состояния барьеров, а во многих случаях зависит от интенсивности межуточного обмена.
Среди внутренних барьеров наиболее подробно изучен гемато-энцефалический барьер - физиологический механизм, регулирующий обмен веществ между кровью и ЦНС, а также защищающий головной и спинной мозг от чужеродных веществ, введенных в кровь, или от продуктов нарушенного тканевого метаболизма, образовавшихся в самом организме. Новым разделом науки является изучение внутриклеточных барьеров, начатое в советских и зарубежных лабораториях.
Гематоофтальмический барьер . Жидкость передней камеры глаза значительно отличается по составу от кровяной плазмы: белок, ферменты и антитела в камерной влаге отсутствуют или содержатся в незначительном количестве. В отношении электролитов разница концентрации их в камерной влаге и в крови не может быть объяснена простой фильтрацией или диализом. Анализ данных о проникновении различных веществ в жидкости глаза, а также исследования с применением радиоактивных изотопов позволяют сделать вывод, что между кровью и жидкостями глаза существует активная регулирующая и защитная биологическая мембрана (гематоофтальмический барьер), выполняющая барьерную функцию.
Гистологические исследования дают основание полагать, что анатомическим субстратом гематоофтальмического барьера является эндотелий сосудов, обладающий весьма активными свойствами. Заметное влияние на функцию гематоофтальмического барьера оказывает тройничный нерв, а также вегетативная нервная система. Возможность условнорефлекторного изменения проницаемости сосудов переднего отрезка глазного яблока свидетельствует о существовании контроля над функцией гематоофтальмического барьера со стороны коры головного мозга.
Барьерные функции организма - это функции защиты, обеспечивающие здоровье организма; они осуществляются особыми физиологическими механизмами (барьерами), защищающими организм от изменений окружающей среды, препятствующими проникновению в него бактерий, вирусов и вредных веществ, способствующими сохранению постоянного состава и свойств крови, лимфы, тканевой жидкости. Как и другие приспособительные и защитные функции организма (напр., Иммунитет), Б. ф. о. выработались в процессе эволюции по мере совершенствования многоклеточных организмов (см. Эволюционное учение).
Условно различают барьеры внешние и внутренние. К внешним барьерам относят кожу, дыхательную систему, пищеварительную систему, в т. ч. печень, а также почки (см. Мо-чевыделительная система). Кожа предохраняет животный организм от физ. и хим. изменений окружающей среды, принимает участие в регуляции тепла в организме (см. Терморегуляция). Кожный барьер препятствует проникновению внутрь организма бактерий, токсинов, ядов и способствует выведению из него некрых продуктов , гл. обр. путем выделения их через потовые железы с потом (см. Потоотделение). В дыхательной системе, помимо обмена газов (см. Дыхание), происходит очищение вдыхаемого воздуха от пыли и различных вредных веществ, находящихся в атмосфере, гл. обр. при участии эпителия, выстилающего слизистую оболочку полости носа и бронхов и имеющего специфич. строение. Поступающие в пищеварительную систему пищевые вещества преобразуются в желудке и кишечнике, становятся пригодными для усвоения организмом; непригодные вещества, а также газы, образующиеся в кишечнике, выводятся из организма в результате перистальтики кишечника. В пищеварительной системе очень важную барьерную роль играет печень, в к-рой обезвреживаются чужеродные для организма ядовитые соединения, поступившие с пищей или образовавшиеся в полости кишечника. Почки регулируют постоянство состава крови, освобождают ее от конечных продуктов обмена веществ. К внешним барьерам относятся также слизистые оболочки полости рта, глаз, половых органов.
Внутренние барьеры, находящиеся между кровью и тканями, называются гистогематическими барьерами. Основная барьерная функция осуществляется кровеносными капиллярами. Существуют также более специализированные барьерные образования между кровью и центральной нервной системой (мозгом), между кровью и водянистой влагой глаза, между кровью и эндолимфой лабиринта уха (см. Ухо), между кровью и половыми железами и т. д.
Особое место занимает плацентарный барьер между организмами матери и плода - плацента, осуществляющая чрезвычайно важную функцию - защиту развивающегося плода (см. Беременность). По современным представлениям, в систему внутренних барьеров входят также барьеры, находящиеся внутри клеток.
Внутриклеточные барьеры состоят из особых образований - трехслойных мембран, входящих в состав различных внутриклеточных образований (см. Клетка) и клеточной оболочки. Внутренние, гистогематические, барьеры органа определяют функциональное состояние каждого органа, его деятельность, способность противостоять вредным влияниям. Значение таких барьеров заключается в задержке перехода того или иного чужеродного вещества из крови в ткани (защитная функция) и в регуляции состава и свойств непосредственно питательной среды органа, т. е. создание наилучших условий для жизнедеятельности органа (регуляторная функция), что очень важно для всего организма и его отдельных частей. Так, при значительном повышении концентрации того или другого вещества в крови содержание его в тканях органа может не измениться или повыситься незначительно. В других случаях количество необходимого вещества в тканях органа увеличивается, несмотря на постоянную или даже низкую его концентрацию в крови. Барьеры активно отбирают из крови необходимые для жизнедеятельности органов и тканей вещества и выводят из них продукты обмена веществ.
Физиол. процессы, протекающие как в здоровом, так и в больном организме, регуляция функций и питание органа, соотношение между отдельными органами в целостном организме тесно связаны с состоянием гистогематических барьеров. Снижение сопротивляемости барьеров делает орган более восприимчивым, а повышение ее - менее чувствительным к хим. соединениям, образовавшимся в процессе обмена веществ в организме или введенным в организм с леч. целью. К внутренним защитным барьерам относятся соединительная ткань, различные образования лимфатической ткани (см. Лимфатическая система), лимфа и кровь. Особенно велика их роль в освобождении организма от живых возбудителей различных заболеваний.
Решающее значение в возникновении болезней имеет нарушение сопротивляемости как внешних, так и внутренних барьеров по отношению к различным микробам, чужеродным веществам и вредным веществам, образующимся при нормальном и особенно при нарушенном обмене веществ. Циркулируя в крови, они могут явиться во многих случаях причиной возникновения патол, процесса в отдельных органах и в целом организме. Большая приспособляемость барьеров к постоянно меняющимся условиям окружающей среды и к изменяющейся в процессе жизнедеятельности внутренней среде (состав крови, тканевой жидкости) играет важную роль в жизнедеятельности организма в целом.
Б. ф. о. меняются в зависимости от возраста, нервных и гормональных изменений, от тонуса нервной системы, от влияния многочисленных внешних и внутренних причин. Состояние Б. ф.о. изменяется, напр., при нарушении смены сна и бодрствования, при голодании, утомлении, травмах, воздействии ионизирующей радиации и т. д.
