Иммунитет и кишечник
Лимфоидная ткань, IgA и микробиом — как кишечник участвует в работе иммунной системы.
Кишечник и иммунная система
Кишечник — не только орган пищеварения, но и один из крупнейших участков взаимодействия организма с внешней средой. С пищей и водой в него постоянно попадают чужеродные белки, микроорганизмы и химические вещества. Иммунная система кишечника должна одновременно пропускать питательные вещества, сдерживать опасные микробы и не запускать воспаление на каждую безвредную частицу.
Эта задача решается несколькими взаимосвязанными уровнями: кишечным барьером, слизью, клетками врождённой и приобретённой иммунной защиты, лимфоидной тканью и взаимодействием с микробиотой — сообществом микроорганизмов, живущих в кишечнике. Ни один из этих компонентов не работает изолированно.
Где находится кишечник
Кишечник расположен в брюшной полости. После желудка пища поступает в двенадцатиперстную кишку — первый отдел тонкой кишки, затем проходит через тощую и подвздошную кишку. Если смотреть на человека спереди, желудок и селезёнка находятся слева самого человека, то есть справа со стороны зрителя. Петли тонкой кишки занимают центральную часть живота, а толстая кишка в основном окружает их по периферии.
Тонкая кишка состоит из двенадцатиперстной, тощей и подвздошной кишки. В подвздошной кишке, особенно в её конечном отделе, расположены многие пейеровы бляшки — скопления лимфоидной ткани, участвующие в контроле содержимого кишечника.
Кишечный барьер
Кишечный барьер — это система, которая отделяет содержимое просвета кишечника от внутренней среды организма. Он не является герметичной стеной: через него должны проходить вода, электролиты и расщеплённые питательные вещества, но проникновение многих микроорганизмов и крупных потенциально опасных частиц ограничивается.
Барьер включает несколько компонентов:
- Слизистый слой. Бокаловидные клетки эпителия выделяют муцины — крупные белки с присоединёнными углеводными цепочками. Муцины удерживают воду и образуют вязкий слой, который облегчает продвижение содержимого и ограничивает прямой контакт микробов с эпителием.
- Эпителий. Один слой клеток выстилает внутреннюю поверхность кишечника. Он участвует не только во всасывании, но и в распознавании сигналов, выделении защитных веществ и передаче информации иммунным клеткам.
- Межклеточные контакты. Плотные контакты между эпителиальными клетками регулируют прохождение веществ через пространство между клетками. Они ограничивают свободный доступ крупных молекул и микроорганизмов к тканям.
- Антимикробные вещества. Эпителиальные клетки и клетки кишечных крипт, включая клетки Панета, выделяют защитные молекулы. К ним относятся дефензины, лизоцим и другие вещества, повреждающие или подавляющие микроорганизмы.
- Иммунные клетки. Под эпителием находятся макрофаги, дендритные клетки, лимфоциты и другие клетки, которые контролируют проникшие частицы и сигналы повреждения.
Клетки Панета — специализированные клетки у основания кишечных крипт, то есть углублений слизистой оболочки. Они выделяют антимикробные вещества и помогают формировать условия для защиты и обновления эпителия.
Иммунная ткань кишечника
Часть лимфоидной ткани, связанной со слизистыми оболочками, относится к MALT (mucosa-associated lymphoid tissue — лимфоидная ткань, ассоциированная со слизистыми оболочками). В кишечнике её часто обозначают как GALT (gut-associated lymphoid tissue — лимфоидная ткань, ассоциированная с кишечником).
К GALT относятся одиночные лимфоидные фолликулы, пейеровы бляшки, лимфоидные участки аппендикса и другие скопления иммунных клеток слизистой оболочки. Лимфоидный фолликул — организованное скопление B-лимфоцитов и других клеток, где может происходить активация и размножение B-клеток.
Пейеровы бляшки особенно характерны для подвздошной кишки. Они помогают отслеживать антигены — молекулярные признаки чужеродных структур — в содержимом кишечника и координировать иммунный ответ.
В некоторых участках над лимфоидной тканью находятся M-клетки. Это специализированные эпителиальные клетки, которые захватывают частицы из просвета кишечника и передают их иммунным клеткам под эпителием. M-клетки не являются главным барьером для всех веществ и не уничтожают антигены; их основная роль — транспорт материала к иммунным клеткам под эпителием. Дальнейшее представление антигенов лимфоцитам выполняют главным образом дендритные клетки и другие антигенпредставляющие клетки.
Клетки иммунитета в кишечнике
Макрофаги поглощают частицы и клеточный мусор, выделяют сигнальные молекулы и участвуют в защите. Кишечные макрофаги обычно обладают повышенной переносимостью к безвредным веществам, но сохраняют способность реагировать на опасные сигналы. Дендритные клетки захватывают антигены и представляют их T-лимфоцитам. Представление антигена — показ иммунной клетке небольшого фрагмента чужеродной молекулы для принятия решения о реакции.
T-лимфоциты регулируют иммунный ответ, помогают другим клеткам или уничтожают заражённые клетки. Среди них есть регуляторные T-клетки, поддерживающие переносимость к пище и компонентам микробиоты. B-лимфоциты после активации могут превращаться в плазматические клетки, которые производят антитела, включая иммуноглобулин A. Соотношение этих клеток зависит от участка кишечника и текущих сигналов.
Иммуноглобулин A и защита слизистой
Иммуноглобулины — антитела, то есть белки, которые связываются с определёнными чужеродными молекулами. Основной класс антител в секрете большинства слизистых оболочек — IgA (иммуноглобулин A).
Плазматические клетки слизистой оболочки производят главным образом димерный IgA — две соединённые молекулы антител. Через эпителиальные клетки он переносится в просвет кишечника в составе секреторного IgA. Секреторный компонент защищает антитело от разрушения ферментами.
Секреторный IgA связывает микроорганизмы и токсины, мешает им прикрепляться к эпителию и помогает удерживать их в слизистом слое. Этот механизм называют иммунным исключением: потенциально опасный материал нейтрализуется на поверхности, не вызывая обязательного глубокого воспаления.
IgA не уничтожает каждый связанный микроорганизм напрямую. Его важная задача — ограничить контакт микробов и токсинов с эпителием и облегчить их удаление из организма.
Микробиота кишечника
Микробиота — совокупность микроорганизмов, живущих в определённой среде. В кишечнике это прежде всего бактерии, но также археи, микроскопические грибы и другие микроорганизмы. Микробиом — более широкое понятие: оно может обозначать совокупность генов этих микроорганизмов или их генетический потенциал.
Состав микробиоты различается у людей и меняется с возрастом, питанием, лекарствами, инфекциями, заболеваниями и условиями жизни. Поэтому не существует одного универсального набора «правильных» бактерий, который подходил бы каждому человеку.
Микроорганизмы кишечника участвуют в расщеплении компонентов пищи, которые не перевариваются ферментами человека, синтезируют некоторые метаболиты и взаимодействуют с эпителием и иммунными клетками. Эти взаимодействия могут влиять на развитие иммунной системы и её реактивность, но конкретный эффект зависит от вида микроорганизма, его количества, участка кишечника и состояния организма.
Короткоцепочечные жирные кислоты
Одни из наиболее изученных продуктов микробного обмена — короткоцепочечные жирные кислоты, или КЦЖК. Это небольшие органические кислоты, образующиеся главным образом при ферментации пищевых волокон бактериями кишечника.
К основным КЦЖК относятся ацетат, пропионат и бутират. Бутират служит важным источником энергии для клеток эпителия толстой кишки. КЦЖК также воздействуют на рецепторы клеток и обмен веществ, могут влиять на прочность барьера и участвовать в регулировании иммунного ответа.
Эти эффекты не означают, что любая добавка с КЦЖК или любой пробиотик автоматически улучшает здоровье. Результат зависит от конкретного вещества, дозы, состояния кишечника и качества исследований.
Иммунная толерантность кишечника
Иммунная толерантность — способность иммунной системы не запускать разрушительную реакцию против собственных тканей и обычно не атаковать безвредные пищевые антигены и большую часть нормальной микробиоты.
Толерантность поддерживается несколькими механизмами:
- регуляторными T-клетками, которые подавляют чрезмерную активацию других лимфоцитов;
- противовоспалительными сигналами и особенностями кишечных дендритных клеток и макрофагов;
- слизистым барьером и секреторным IgA, ограничивающими тесный контакт с антигенами;
- постепенным знакомством иммунной системы с пищевыми белками и компонентами микробиоты.
Толерантность не равна полной пассивности. Если микроорганизм повреждает ткань или приобретает опасные свойства, иммунная система может изменить реакцию и запустить воспаление.
Как кишечник связан с остальным организмом
Кишечник связан с иммунной системой через кровь, лимфу и лимфоидные органы. Антигены и клетки, захваченные в кишечнике, могут попадать в регионарные лимфатические узлы, где иммунный ответ усиливается или регулируется.
Через систему воротной вены кровь от кишечника сначала поступает в печень. Печень получает вещества и микробные продукты, всосавшиеся из кишечника, и участвует в их переработке и иммунном контроле. Это не означает, что печень обезвреживает абсолютно всё: часть веществ может проходить дальше в общий кровоток.
Лимфатические сосуды кишечных ворсинок всасывают значительную часть пищевых жиров в составе хиломикронов — крупных транспортных частиц, а иммунные клетки могут перемещаться по лимфатическим путям.
Когда кишечный барьер нарушается
Повреждение или изменение кишечного барьера может увеличить контакт иммунной системы с микробными компонентами и пищевыми антигенами. Это не является самостоятельным диагнозом и не означает, что все крупные молекулы свободно проходят через кишечную стенку.
Вирусы, бактерии и паразиты могут повреждать эпителий, изменять состав микробиоты и вызывать местное или системное воспаление. Тяжесть зависит от возбудителя, защитных свойств организма и состояния барьера.
Целиакия — иммунно-опосредованное заболевание, при котором употребление глютена у генетически предрасположенного человека запускает повреждение слизистой тонкой кишки. Глютен — группа белков злаков. Целиакия не является обычной пищевой аллергией и требует медицинской диагностики.
Воспалительные заболевания кишечника — хронические иммунно-опосредованные болезни, к которым относят болезнь Крона и язвенный колит. Они различаются глубиной, распространением и характером воспаления и требуют наблюдения специалиста.
Дисбиоз — неблагоприятное изменение состава или функций микробного сообщества. Это описательный термин, а не универсальный диагноз: само обнаружение отличий микробиоты ещё не доказывает причину болезни или необходимость лечения.
Питание, лекарства и микробиота
На микробиоту и кишечный барьер влияют состав питания, доступность пищевых волокон, инфекции, стресс, режим сна, физическая активность и лекарства. Особенно заметно на микробиоте могут сказываться антибиотики, потому что они изменяют численность и состав чувствительных к ним бактерий.
Пищевые волокна — неперевариваемые или частично перевариваемые компоненты растительной пищи. Часть из них служит субстратом для микробной ферментации и образования КЦЖК. Однако переносимость отдельных продуктов зависит от человека и состояния кишечника.
Пробиотики — живые микроорганизмы, которые при употреблении в достаточном количестве и при наличии доказанной конкретной пользы могут оказывать положительный эффект. Эффект пробиотика зависит от штамма, дозы, длительности приёма и состояния человека. Пробиотики не являются универсальным лечением заболеваний кишечника.
Диагностика и лечение нарушений
Диагностика зависит от симптомов и предполагаемой причины. Врач может использовать анализы крови, исследования кала, тесты на инфекции, эндоскопию с биопсией и другие методы. Универсального анализа, который по одному показателю определяет «состояние микробиоты» или «проницаемость кишечника», для повседневной диагностики не существует.
Лечение целиакии, воспалительных заболеваний кишечника, инфекций и других состояний различается. Оно может включать специальную диету, противомикробные или противовоспалительные препараты и другие методы, но назначается после установления причины. Самостоятельное исключение больших групп продуктов, длительный приём антибиотиков или использование добавок без показаний может привести к дефицитам и другим проблемам.
Когда нужна медицинская помощь
К врачу следует обратиться при длительной диарее или запоре, крови в стуле, чёрном стуле, повторяющейся боли в животе, необъяснимой потере веса, длительной температуре, выраженной слабости, ночных симптомах или признаках обезвоживания.
Срочная помощь нужна при сильной или нарастающей боли в животе, многократной рвоте, признаках кишечной непроходимости, значительном кровотечении, спутанности сознания, обмороке или тяжёлом обезвоживании.
Связи с другими системами
- Иммунная система: кишечник содержит значительную часть лимфоидной ткани слизистых оболочек и постоянно взаимодействует с клетками врождённого и приобретённого иммунитета. Подробнее — в разделе Иммунная система.
- Лимфатическая система: лимфатические сосуды отводят жидкость, участвуют во всасывании жиров и связывают кишечные ткани с лимфоидными органами. Подробнее — в статье Лимфатическая система.
- Печень: кровь от кишечника проходит через воротную вену в печень, где всосавшиеся вещества подвергаются переработке и контролю. Подробнее — в разделе Пищеварительная система.
- Воспаление: нарушение барьера, инфекция или ошибочная иммунная реакция могут запускать воспаление кишечной стенки. Подробнее — в статье Воспаление.
Итак, кишечник одновременно переваривает пищу, всасывает необходимые вещества, удерживает потенциально опасные частицы и поддерживает сложное взаимодействие с микробиотой. Кишечный барьер, слизь, эпителиальные клетки, иммуноглобулин A, лимфоидная ткань и иммунные клетки работают вместе. Нормальная защита зависит не от одной «полезной бактерии», а от состояния ткани, разнообразия функций микробиоты и правильной регуляции иммунного ответа. Нарушения этих механизмов могут участвовать в заболеваниях, но конкретная причина и лечение всегда требуют оценки симптомов и медицинского обследования.