БАРЬЕРНЫЕ ФУНКЦИИ - функции, осуществляемые особыми физиологическими механизмами (барьерами) для защиты организма или отдельных его частей от изменений окружающей среды и сохранения необходимого для нормальной жизнедеятельности органов и тканей относительного постоянства состава, физико-химических и биологических, свойств внутренней среды (крови, лимфы, тканевой жидкости). Как и все другие приспособительные свойства организма, барьерные функции выработались в процессе эволюции. По мере усложнения, дифференцировки и совершенствования многоклеточных организмов совершенствовались барьерные функции, регулирующие обмен веществ между организмом и средой, а также способствующие предохранению клеток органов и тканей от соприкосновения с повреждающими их агентами, чужеродными веществами, ядами, токсинами, продуктами нарушенного обмена, вирусами и т. д.
Условно различают барьеры внешние и внутренние. К внешним барьерам относят: 1) кожу, охраняющую животный организм от физических и химических изменений в окружающей среде и принимающую участие в терморегуляции. Кожный барьер препятствует проникновению бактерий, токсинов, ядов в организм и способствует выведению из него некоторых продуктов метаболизма; 2) дыхательный аппарат, который, помимо своей основной функции газообмена, задерживает различные вредные вещества, находящиеся в атмосфере; 3) пищеварительный аппарат, через который поступают необходимые питательные вещества. В нем они претерпевают соответствующие изменения, теряют антигенные свойства, становясь пригодными для усвоения и использования живыми системами; 4) печень, обезвреживающая ряд чуждых организму ядовитых соединений, поступивших с пищей или образовавшихся в полости кишечника; 5) почки, регулирующие постоянство состава крови и освобождающие ее от конечных продуктов метаболизма. К внешним барьерам многие авторы относят также ретикулоэндотелиальную систему, участвующую в обезвреживании чуждых и болезнетворных агентов.
Внутренние барьеры регулируют поступление из крови в органы и ткани необходимых энергетических ресурсов и своевременный отток продуктов клеточного обмена веществ (очищение, клиренс), что обеспечивает постоянство состава, физико-химических и биологических свойств тканевой (внеклеточной) жидкости и сохранение их на определенном оптимальном уровне. Одновременно они препятствуют поступлению из крови в органы и ткани чужеродных и ядовитых веществ.
Основоположником учения о барьерных функциях является JI. С. Штерн, которая впервые на Международном физиологическом конгрессе в Бостоне (1929) высказала предположение, что между кровью и тканевой жидкостью находятся дифференцированные защитно-регуляторные приспособления, названные ею гисто-гематическими барьерами. Каждый орган, по представлению Л. С. Штерн, имеет свою адекватную среду (непосредственная питательная среда или микросреда), так как кровь не приходит в соприкосновение с клетками органов. Функциональная характеристика отдельных барьеров определяется физиологическими и морфологическими особенностями соответствующих органов и тканей. Особенностью каждого гисто-гематического барьера является его избирательная (селективная) проницаемость, то есть способность пропускать одни вещества и задерживать другие.
В литературе внутренние барьеры получили различные названия: тканевых, гемато-паренхиматозных (А. А. Богомолец и Н. Д. Стражеско), гистиоцитарных, сосудисто-тканевых (А. В. Лебединский), биологических, физиологических и т. д. Однако наиболее распространен термин «гисто-гематические барьеры», хотя он не отражает их ведущей роли в осуществлении обмена между общей внутренней средой (кровью) и микросредой органов и тканей. Учение о барьерных функциях не сводится к проблеме биологических мембран. Оно значительно шире, хотя одним из механизмов, определяющих функциональное состояние барьеров, является проницаемость мембран (см. Проницаемость).
К гисто-гематическим барьерам могут быть отнесены все без исключения барьерные образования между кровью и органами. Некоторые авторы признают существование специализированных барьеров, имеющих особо важное значение для жизнедеятельности организма. К ним обычно относят более подробно изученные гемато-энцефалический барьер (между кровью и центральной нервной системой), гемато-офтальмический барьер (между кровью и водянистой влагой глаза), гемато-лабиринтный барьер (между кровью и эндолимфой лабиринта), барьер между кровью и половыми железами. К гисто-гематическим барьерам относят также барьеры между кровью и жидкими средами организма (цереброспинальной жидкостью, лимфой, плевральной, синовиальной жидкостями). Они получили название гемато-ликворного, гемато-лимфатического, гемато-плеврального, гемато-синовиального барьеров. Плацентарный барьер (между матерью и плодом), хотя и не относится к гисто-гематическим барьерам, осуществляет чрезвычайно важную функцию защиты развивающегося плода (см. Плацента).
Структура гисто-гематических барьеров определяется в значительной степени строением органа, в систему которого они входят. Она отличается некоторыми специфическими особенностями в различных органах и тканях и варьирует в зависимости от их морфологических и физиологических особенностей. Основным структурным элементом гисто-гематических барьеров являются кровеносные капилляры. Установлено, что эндотелий капилляров в разных органах обладает характерными морфологическими особенностями. По форме ядра, строению его оболочки, структуре и количеству хроматина эндотелиальные клетки различных органов значительно отличаются друг от друга. Складывающиеся в процессе онтогенеза чрезвычайно изменчивые особенности эндотелиальных клеток являются морфологической основой избирательной проницаемости гисто-гематических барьеров. Различия в механизмах осуществления барьерных функций находят свое отражение в структурных особенностях основного вещества (неклеточных образований, заполняющих пространства между клетками), способного импрегнироваться серебром. Основное вещество образует мембраны, окутывающие макромолекулы фибриллярного белка, оформленного в виде протофибрилл, составляющего опорный остов волокнистых структур.
Непосредственно под эндотелием располагается базальная мембрана капилляров, в состав которой входит большое количество нейтральных мукополисахаридов. Базальная мембрана, основное аморфное вещество и волокна составляют барьерный механизм, в котором главным реактивным и лабильным звеном, по мнению некоторых исследователей, является основное вещество. А. А. Богомолец придавал большое значение барьерной функции соединительной ткани, обладающей также свойствами депо, из которого организм черпает питательные вещества, необходимые для деятельности клеточных элементов.
Согласно современным представлениям, в систему гисто-гематических барьеров включаются также барьеры внутриклеточные. Электронная микроскопия позволила проникнуть в субмикроскопическую организацию клетки и тем самым подойти к изучению этих барьеров. Барьерные механизмы клетки состоят из однотипных трехслойных липопротеиновых мембран, являющихся основными структурными элементами митохондрий, системы каналов, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи и клеточной оболочки. Наличие цитоплазматической мембраны позволяет в известной степени понять избирательность проницаемости гисто-гематических барьеров (перенос электронов, трансформацию энергии, энзиматическое расщепление, транспорт ионов и метаболитов, кинетику некоторых биосинтетических процессов).
Исследования показали, что химический состав, физико-химического и биологического свойства непосредственной питательной среды органов (тканевой жидкости) обусловлены: 1) поступлением веществ из крови, которое зависит от сопротивляемости гисто-гематического барьера данного органа в направлении кровь ->ткани; 2) поглощением и использованием составных частей тканевой жидкости клетками и неклеточными элементами в процессе межуточного обмена; 3) поступлением продуктов клеточного и тканевого обмена (метаболитов) в тканевую жидкость; 4) удалением метаболитов из тканевой жидкости, то есть переходом их из непосредственной питательной среды органа в кровь через гисто-гематический барьер данного органа (ткани -> кровь).
Гисто-гематический барьер органа определяет функциональное состояние последнего, его деятельность, способность противостоять вредным влияниям. Значение барьера заключается в задержке перехода того или иного чужеродного вещества из крови и ткани (защитная функция) и в регуляции состава и свойств непосредственной питательной среды органа, то есть создании оптимальных условий для жизнедеятельности его клеточных и неклеточных элементов (регуляторная функция), что особо важно для всего организма и его отдельных частей. Осуществляя регуляторную функцию, гисто-гематические барьеры способствуют сохранению органного и клеточного гомеостаза.
Функциональное состояние каждого гисто-гематического барьера характеризуется математической величиной, отражающей соотношение концентрации того или иного вещества в органе и в крови. Эта величина получила название коэффициента проницаемости. Однако фактически она соответствует распределению исследуемого вещества между тканями и кровью, поскольку содержание его в ткани зависит не только от поступления из крови в ткани или из ткани в кровь, но и от интенсивности метаболизма клеток. Функциональное состояние гисто-гематических барьеров не может быть охарактеризовано одной лишь его проницаемостью и, следовательно, коэффициент проницаемости правильнее рассматривать как коэффициент распределения. Функциональное состояние гисто-гематических барьеров обусловлено не только проницаемостью или сопротивляемостью (резистентностью) их к чужеродным или свойственным организму хим. соединениям, но в основном физиологической активностью, то есть способностью создавать и поддерживать наиболее благоприятные условия для нормальной жизнедеятельности органов, тканей и организма в целом.
В зависимости от активности гисто-гематических барьеров их сопротивляемость (или проницаемость) по отношению к тем или другим веществам может повышаться или снижаться, что ведет к увеличению или уменьшению величин коэффициентов распределения. Так, например, при значительном повышении концентрации того или другого вещества в крови содержание его в органе может не измениться или незначительно повыситься. При этом величина коэффициента распределения уменьшается, что является показателем высокой активности соответствующего гисто-гематического барьера и в то же время снижения его проницаемости. В других случаях содержание вещества в органе нарастает при постоянной или низкой его концентрации в крови. Повышенный в этом случае коэффициент распределения указывает на уменьшение активности барьера и одновременно на его высокую проницаемость.
Функционированием гисто-гематических барьеров объясняют все явления, предотвращающие, понижающие, замедляющие и даже облегчающие поступление веществ в органы и ткани и удаление из них продуктов межуточного обмена. Многочисленные физические, химические и морфологические концепции, предложенные для объяснения избирательной проницаемости гисто-гематических барьеров, не решают проблемы барьерных функций. В основе барьерных функций лежат механизмы диализа, ультрафильтрации, осмоса, а также изменение электрических свойств, растворимости в липидах, тканевого сродства или метаболической активности клеточных элементов. Барьеры активно отбирают из крови необходимые для жизнедеятельности органов и тканей вещества и выводят из их микросреды продукты обмена.
Одним из механизмов барьерных функций является активный транспорт некоторых электролитов через мембраны. Установлено, что переход биологически активных веществ (метаболитов, медиаторов, ферментов, гормонов) через гисто-гематические барьеры зависит не только от величины молекул, размеров пор в мембранах, электрического заряда, растворимости в липидах, но в основном от потребностей органа, нервных и гуморальных влияний, гемодинамики (скорости кровотока), микроциркуляции, площади открытых и резервных капилляров, наличия или отсутствия функциональных и морфологических нарушений. Важное значение для состояния барьеров имеет наличие в них метаболических структур, то есть тканевых элементов, способных нейтрализовать, разрушать или связывать содержащиеся в крови вещества. Таким образом, гисто-гематические барьеры можно рассматривать как саморегулирующуюся систему, представляющую одно из звеньев комплексного нейро-гуморально-гормонального регуляторного аппарата, обеспечивающего состояние гомеостаза (см.).
Гисто-гематические барьеры контролируют своевременное поступление в непосредственную питательную среду органов и тканей адекватной гуморальной информации о состоянии регуляторных метаболических систем в различных частях организма. Проникая через гисто-гематический барьер в орган, биологически активные вещества оказывают свое действие на эффекторные клетки и на специфические хеморецепторы, что ведет к возникновению как местных, так и распространенных (общих) физиологических и биохимических реакций. Примером может служить действие веществ, проникающих из крови в различные по своему строению, химическому составу и функциям образования центральной нервной системы через гемато-энцефалический барьер (см.). Доказано существование активной биологической мембраны между кровью и жидкостями глаза, регулирующей состав внутриглазных жидкостей. Этой биологической мембране было дано название гемато-офтальмического барьера (см.).
В некоторых случаях механизмы регуляции функций оказываются недостаточными, и накопившиеся в крови биологически активные вещества проникают, напр., в различные нервные структуры, обычно защищенные гемато-энцефалическим барьером, вызывая эффекты, отличающиеся от обычных. При этом происходит усиление компенсаторно действующей системы (например, симпатической при накоплении в крови парасимпатомиметических веществ и наоборот), что имеет важнейшее значение для восстановления нарушенного гомеостаза.
Физиологические и биохимические процессы, протекающие как в здоровом, так и больном организме, состояние органа, его трофика, регуляция функций, взаимоотношение между отдельными органами и физиологическими системами тесно связаны с состоянием гисто-гематических барьеров. Нарушение сопротивляемости барьеров по отношению к различным чужеродным веществам и продуктам нарушенного метаболизма, циркулирующим в крови, может явиться во многих случаях причиной возникновения патологического процесса в отдельных органах и в целостном организме. Нечувствительность или иммунитет, так же как и сродство или способность органа захватывать определенные химические вещества, бактерии, токсины, зависит в той или иной мере от состояния соответствующего гисто-гематического барьера, поскольку обязательной предпосылкой непосредственного воздействия на клеточные элементы является проникновение действующего начала в микросреду органа.
Снижение сопротивляемости соответствующего гисто-гематического барьера делает орган более восприимчивым, а повышение ее - менее чувствительным к химическим соединениям, образовавшимся в процессе обмена или введенным в организм с экспериментальной или лечебной целью.
Оценка состояния отдельных гисто-гематических барьеров в эксперименте или клинике требует всестороннего исследования тканевой жидкости, что на современном уровне знаний практически неосуществимо. Поэтому предложено большое число разнообразных методов, позволяющих в известной степени как в лабораторном опыте, так и при обследовании больных в клинической практике оценить состояние того или иного гисто-гематического барьера. Наиболее распространенными в эксперименте остаются предложенные для изучения тканевой проницаемости классические методы введения в кровь красителей (коллоидных, полуколлоидных, кристаллических), туши, некоторых сложных химических соединений и радиоизотопных индикаторов с последующим определением их концентрации и распределения в органах и тканях. С этой целью используются методы световой, прижизненной (витальной), люминесцентной и электронной микроскопии, микросжигания, определения радиоактивности и т. д. Как в эксперименте, так и в клинике применяются методы сравнительного исследования состава притекающей к органу (артериальной) и оттекающей от него (венозной) крови. Для суждения о защитной и регуляторной функциях барьеров между кровью и жидкими средами организма (лимфой, цереброспинальной, плевральной, синовиальной жидкостями) производится количественное определение свойственных организму или введенных извне веществ в крови и соответствующих жидкостях.
Для оценки состояния гисто-гематических барьеров в направлении ткани кроль испытуемое вещество обычно вводится в ткани (внутрикожно, подкожно, внутримышечно) и определяется скорость его всасывания или при введении радиоизотопных индикаторов - время полуудаления.
Для оценки барьерных функций целостного организма испытуемое вещество вводится внутривенно и в течение определенного времени исследуется его выделение из крови или при введении радиоизотопных индикаторов - время полуудаления.
Большая пластичность гисто-гематических барьеров, их лабильность и приспособляемость к постоянно меняющимся условиям внешней и внутренней среды играют важную роль в жизнедеятельности организма. Барьерные функции меняются в зависимости от возраста, пола, нервных, гуморальных и гормональных взаимоотношений в организме, тонуса и реактивности вегетативной нервной системы, многочисленных внешних и внутренних воздействий. Исследования ряда авторов показали, что функциональное состояние гисто-гематических барьеров различных органов может избирательно изменяться при действии на организм разнообразных факторов (смена сна и бодрствования, голодание, утомление, травматические поражения, действие ионизирующей радиации и т. д.).
Нек-рые содержащиеся в крови и тканях или введенные извне биологически активные вещества (например, ацетилхолин, гистамин, кинины, особенно брадикинин, некоторые ферменты, в первую очередь гиалуронидаза) в физиологических концентрациях снижают сопротивляемость гисто-гематических барьеров и тем самым повышают переход веществ из крови в органы и ткани. Противоположное действие оказывают катехоламины, соли кальция, витамин Р. При патологических состояниях организма барьерные функции нередко перестраиваются, сопротивляемость гисто-гематических барьеров повышается или снижается. В одних случаях эта перестройка усиливает, в других ослабляет течение заболевания. Снижение сопротивляемости гисто-гематических барьеров делает органы более восприимчивыми к ядам и инфекциям, по некоторым данным, усиливает опухолевый рост. Напротив, повышение сопротивляемости может носить в определенных случаях защитный или компенсаторный характер. Учитывая, что в большинстве случаев гисто-гематические барьеры препятствуют поступлению в органы введенных с лечебной целью лекарственных веществ и антител важное значение для клиники имеет проблема регулирования функционального состояния барьеров. Установлено, что облучение (общее или местное) разными участками светового спектра (инфракрасным и ультрафиолетовым), воздействие ультракороткими, высокочастотными волнами, рентгеновскими лучами, ультразвуком, электромагнитным полем сверхвысокой частоты, а также введение в организм некоторых гормонов (например, кортизона), психотропных веществ, витаминов и т. д. снижает сопротивляемость гисто-гематических барьеров. Все эти методы могут быть использованы в клинической практике для целенаправленного изменения состояния барьерных функций. Искусственное снижение сопротивляемости того или иного гистогематического барьера путем различных физических или фармакологических воздействий может повысить или расширить действие лекарственных препаратов, не проникающих в микросреду органа, в то время как повышение сопротивляемости служит целям профилактики при инфекциях, интоксикациях, опухолевом росте и т. д. В определенных случаях для непосредственного воздействия на пораженный орган химического соединения, лекарственные препараты, лечебные сыворотки вводятся в обход барьера (например, в цереброспинальную жидкость, плевральную и синовиальные полости и т. д.) или в питающую орган артерию.
Библиогр.: Гисто-гематические барьеры, под ред. Л. С. Штерн, М., 1961; Кассиль Г. Н. Гемато-энцефалический барьер, М., 1963; Проблемы гисто-гематических барьеров, под ред. JI. С. Штерн, М., 1965; Развитие и регуляция гисто-гематических барьеров, под ред. Л. С. Штерн, М., 1967; Структура и функция гисто-гематических барьеров, под ред. Я. А. Росина, М., 1971; Физиология и патология гисто-гематических барьеров, под ред. JI. С. Штерн, М., 1968; Штерн Л. С. Непосредственная питательная среда органов и тканей, М., 1960; G e 1 1 h о г n E. et R ё g n i e г J. La регтёаЫШё en phy-siologie et en pathologie g6n6rale, P., 1936.
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 организма — функции защиты, осуществляемые особыми физиологическими механизмами (барьерами). Барьеры защищают организм от вредного воздействия окружающей среды, препятствуют проникновению в него бактерий, вирусов и вредных веществ, а также способствуют сохранению постоянного состава и свойств крови, лимфы, тканевой жидкости. Как и другие приспособительные и защитные функции организма (например, иммунитет), барьерной функции организма выработались в процессе эволюции по мере совершенствования многоклеточных организмов.
Условно различают внешние и внутренние барьеры. К внешним барьерам относят кожу, дыхательную систему, пищеварительную систему в том числе печень, а также почки. Кожа предохраняет организм от воздействия физических и химических изменений окружающей среды, участвует в регуляции тепла в организме. Каждый барьер препятствует проникновению в организм бактерий, токсинов, ядов и способствует выведению из него некоторых продуктов обмена веществ, например, с потом. В дыхательной системе, помимо обмена газов, вдыхаемый воздух очищается от пыли и вредных веществ, находящихся в атмосфере, главным образом при помощи эпителия, выстилающего слизистую оболочку полости носа и бронхов и имеющего специфическое строение. Поступающие в пищеварительную систему пищевые вещества преобразуются в желудке и кишечнике, становятся пригодными для усвоения организмом; неиспользованные продукты пищеварения, а также газы, образующиеся в кишечнике, выводятся из организма. Важную барьерную роль играет печень: она обезвреживает попавшие в кровь 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. Основную барьерную функцию осуществляют стенки кровеносных капилляров. Защитные функции выполняют также соединительная ткань, лимфатические образования, некоторые специальные клетки органов и тканей. Существуют специализированные барьерные образования между кровью и центральной нервной системой (так называемые гематоэнцефалический барьер), между кровью и тканями глаза (гематоофтальмический барьер), между кровью и половыми железами. Чрезвычайно важная функция - защита развивающегося плода - принадлежит плацентарному барьеру между организмами матери и плода. Барьерные функции осуществляют также оболочки клеток и внутриклеточные образования, состоящие из сложной трехслойной мембраны, предназначенные для защиты особенно важных элементов клетки.
Внутренние, гистогематические барьеры органа определяют его функциональное состояние, способность противостоять вредным влияниям. Они задерживают переход чужеродного вещества из крови в ткани (защитная функция), регулируют состав и свойства непосредственно питательной среды органа, то есть создают наилучшие условия для его жизнедеятельности, что очень важно и для всего организма. Так, при значительном повышении концентрации того или другого вещества в крови содержание его в тканях органа может не измениться или возрасти незначительно. И, наоборот, количество необходимого для
тканей органа вещества в них 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.
Физиологические процессы, протекающие как в здоровом, так и в больном организме, регуляция функций и питание органа, взаимодействие между отдельными органами в целостном организме связаны с состоянием гистогематических барьеров. Снижение сопротивляемости барьеров (увеличение проницаемости) делает орган более восприимчивым, а повышение ее - менее чувствительным к химическим соединениям, образовавшимся в процессе обмена веществ в организме или введенным в него с лечебной целью.
Особенно велика роль барьеров в защите организма от возбудителей различных заболеваний и вырабатываемых ими токсинов. Циркулируя в крови, бактерии, вирусы, ядовитые вещества могут явиться во многих случаях причиной возникновения патологического процесса, что нередко связано со снижением сопротивляемости барьеров. В то же время лечение образовавшегося патологического очага во многих случаях затруднено из-за высокой сопротивляемости барьера заболевшего органа по отношению к тому или другому препарату.
Гистогематические барьеры отличаются высокой приспособляемостью к составу и свойствам внутренней среды организма. Это имеет важное значение для поддержания ее постоянства,сохранения здоровья, защиты от болезней.
Состояние гистогематических барьеров меняется в зависимости от возраста, нервных и гормональных влияний, при возбуждении и торможении центральных нервных образований, под влиянием бессонницы, голодания, наркоза, при некоторых заболеваниях, алкоголизме. Иногда прибегают с лечебной целью к искусственному повышению или снижению сопротивляемости барьеров. Для этого в кровь вводят некоторые химические препараты, воздействуют рентгеновскими, ультрафиолетовыми, инфракрасными лучами. При лечении некоторых заболеваний головного мозга лекарственные вещества вводят в обход гематоэнцефалического барьера непосредственно в спинномозговую жидкость.
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).