Введение
Секреция, вырабатываемая слизистыми оболочками.
Слизь (['/m//j//uː//k//ə//s/ MEWkəs) – это скользкая водная секреция, вырабатываемая и покрывающая слизистые оболочки. Обычно она производится клетками, находящимися в слизистых железах, хотя может также происходить из смешанных желез, содержащих как серозные, так и слизистые клетки. Это вязкий коллоид, содержащий неорганические соли, антимикробные ферменты (например, лизоцимы), иммуноглобулины (особенно IgA) и гликопротеины, такие как лактоферрин и муцины, которые вырабатываются бокаловидными клетками в слизистых оболочках и подслизистых железах. Слизь служит для защиты эпителиальных клеток, выстилающих дыхательную, пищеварительную и мочеполовую системы, а также структур зрительной и слуховой систем от патогенных грибков, бактерий и вирусов. Большая часть слизи в организме вырабатывается в желудочно-кишечном тракте. Земноводные, рыбы, улитки, слизни и некоторые другие беспозвоночные также производят внешнюю слизь из своей эпидермис для защиты от патогенов, облегчения передвижения и выстилания рыбных жабр. Растения производят подобное вещество, называемое слизью, которое также вырабатывается некоторыми микроорганизмами.
Дыхательная система
В дыхательной системе человека слизь является частью поверхностной жидкости дыхательных путей (ASL), также известной как эпителиальная подкладка жидкости (ELF), которая выстилает большую часть дыхательных путей. Поверхностная жидкость дыхательных путей состоит из солевого слоя, называемого перицилиарным жидким слоем, и налегающего на него гелевого слоя, называемого слизистым слоем. Перицилиарный жидкий слой получил свое название, поскольку он окружает реснички и расположен поверх поверхностного эпителия. Перицилиарный жидкий слой, окружающий реснички, состоит из гелевой сетки, образованной связанными с клетками муцинами и полисахаридами. Слизистая оболочка способствует защите легких, улавливая инородные частицы до того, как они смогут проникнуть в них, особенно через нос во время нормального дыхания. Слизь состоит из жидкого компонента, содержащего около 95% воды, муциновых секретов бокаловидных клеток и подслизистых желез (2–3% гликопротеинов), протеогликанов (0,1–0,5%), липидов (0,3–0,5%), белков и ДНК. В дыхательных путях – трахее, бронхах и бронхиолах – слизистая оболочка вырабатывается специализированными эпителиальными клетками дыхательных путей, называемыми бокаловидными клетками, и подслизистыми железами. Мелкие частицы, такие как пыль, частицы загрязнений, аллергены, а также инфекционные агенты и бактерии, задерживаются в вязкой слизи носа или дыхательных путей и предотвращаются от проникновения в организм. Этот процесс, в сочетании с непрерывным движением ресничек на дыхательном эпителии в направлении ротоглотки (мукоцилиарный клиренс), помогает предотвратить попадание инородных тел в легкие во время дыхания. Это объясняет, почему у курильщиков часто возникает кашель. Естественной реакцией организма является увеличение выработки слизи. Кроме того, слизь способствует увлажнению вдыхаемого воздуха и предотвращает высыхание таких тканей, как эпителий носа и дыхательных путей. Слизь постоянно вырабатывается в дыхательных путях. Мукоцилиарное действие переносит ее вниз из носовых ходов и вверх из остальной части дыхательного тракта в глотку, где большая ее часть проглатывается неосознанно. Иногда, при респираторных заболеваниях или воспалениях, слизь может сгущаться из-за клеточного детрита, бактерий и воспалительных клеток. В этом случае она называется мокротой, которую можно откашливать в виде спУтума для очистки дыхательных путей.
Дыхательные пути
Увеличение выработки слизи в верхних дыхательных путях является симптомом многих распространенных заболеваний, таких как простуда и грипп. Назальную слизь можно удалить, высморкавшись или с помощью назальной ирригации. Избыточное количество слизи в носу, например, при простуде или аллергии, вызванное вазоконгестией, связанной с расширением сосудов и повышенной проницаемостью капилляров, обусловленной гистамином, можно осторожно лечить сосудосуживающими препаратами. Уплотнение слизи как эффект "отмены" после чрезмерного использования сосудосуживающих средств может вызвать проблемы с дренажем из носа или пазух и создать условия, способствующие инфекции. В холодное и сухое время года слизистая оболочка носовых ходов склонна к высыханию, что означает, что слизистые оболочки должны работать интенсивнее, производя больше слизи для поддержания увлажненности полости носа. В результате носовая полость может заполняться слизью. Одновременно, при выдохе водяной пар из дыхания конденсируется при контакте теплого воздуха с более низкой температурой вблизи ноздрей. Это приводит к накоплению избыточного количества воды в носовых полостях. В таких случаях избыток жидкости обычно вытекает наружу через ноздри. В нижних дыхательных путях нарушение мукоцилиарного клиренса, вызванное такими состояниями, как первичная дискинезия ресничек, может привести к накоплению слизи в бронхах. Нарушение гомеостаза слизи является фундаментальной характеристикой муковисцидоза – наследственного заболевания, вызванного мутациями в гене CFTR, кодирующем хлоридный канал. Этот дефект приводит к изменению электролитного состава слизи, что вызывает ее гиперабсорбцию и обезвоживание. Такая слизь с низким объемом, высокой вязкостью и кислой реакцией обладает сниженной антимикробной активностью, что облегчает бактериальную колонизацию. Уменьшение толщины слизистого слоя в конечном итоге влияет на перицилиарную жидкость, которая обезвоживается, нарушая функцию ресничек и ухудшая мукоцилиарный клиренс.
Гиперсекреция слизи
В нижних дыхательных путях избыточное образование слизи в бронхах и бронхиолах известно как гиперсекреция слизи и, как правило, является её синонимом. Избыток слизи может сужать дыхательные пути, ограничивать воздушный поток и ускорять ухудшение функции легких. Слой слизи, выстилающий слизистую оболочку желудка, необходим для защиты стенок желудка от агрессивной кислотной среды внутри него.
Репродуктивная система
В женской репродуктивной системе человека цервикальная слизь предотвращает инфекции и обеспечивает смазку во время полового акта. Консистенция цервикальной слизи меняется в зависимости от фазы менструального цикла женщины. В период овуляции слизь становится прозрачной, жидкой и благоприятной для продвижения сперматозоидов; после овуляции слизь густеет и с большей вероятностью препятствует их прохождению. Ряд методов осознанного планирования семьи основаны на наблюдении за цервикальной слизью, как за одним из трех основных признаков фертильности, для определения периода овуляции в середине цикла. Знание фертильного периода позволяет паре планировать половые акты для повышения вероятности зачатия. Также это может использоваться как метод предотвращения беременности.
Клиническое значение
В общем, носовая слизь обычно прозрачная и жидкая, служащая для фильтрации воздуха при вдохе. Во время инфекции слизь может менять цвет на желтый или зеленый либо из-за захваченных бактерий, либо вследствие реакции организма на вирусную инфекцию. Зеленый цвет слизи обусловлен гемовой группой в железосодержащем ферменте миелопероксидазе, выделяемом лейкоцитами в качестве цитотоксической защиты во время респираторного взрыва. В случае бактериальной инфекции бактерии задерживаются в уже закупоренных пазухах, размножаясь во влажной, богатой питательными веществами среде. Синусит – неприятное состояние, которое может включать застой слизи. Бактериальная инфекция при синусите вызывает изменение цвета слизи и поддается лечению антибиотиками; вирусные инфекции обычно проходят самостоятельно, без лечения. Почти все случаи синусита вызваны вирусами, и антибиотики неэффективны и не рекомендуются для лечения типичных случаев. При вирусных инфекциях, таких как простуда или грипп, начальная и конечная стадии инфекции сопровождаются выделением прозрачной, жидкой слизи в носу или в задней части глотки. По мере того как организм начинает реагировать на вирус (обычно через один-три дня), слизь густеет и может становиться желтой или зеленой. Вирусные инфекции не лечатся антибиотиками и являются основной причиной их нерационального использования. Лечение обычно симптоматическое; часто бывает достаточно позволить иммунной системе со временем справиться с вирусом. Обструктивные заболевания легких часто возникают из-за нарушения мукоцилиарного клиренса, который может быть связан с гиперсекрецией слизи, и иногда их называют мукообструктивными заболеваниями легких. Методы очистки дыхательных путей могут помочь удалить секрет, поддерживать здоровье дыхательной системы и предотвратить воспаление дыхательных путей.
Настраиваемая мощность надува
Слизь способна поглощать воду или обезвоживаться при изменении pH. Способность слизи к набуханию обусловлена "щеткообразной" структурой муцина, в которой гидрофильные сегменты обеспечивают большую площадь поверхности для поглощения воды. Более того, степень набухания регулируется полиэлектролитным эффектом.
Полиэлектролитный эффект в слизи
Полимеры с заряженными молекулами называются полиэлектролитами. Муцины, разновидность полиэлектролитных протеогликанов, являются основным компонентом слизи и обеспечивают полиэлектролитный эффект в ней. Процесс реализации этого эффекта состоит из двух этапов: притяжение контр-ионов и компенсация воды. При помещении в физиологический ионный раствор заряженные группы в полиэлектролитах притягивают контр-ионы с противоположным зарядом, что создает градиент концентрации растворенного вещества. Осмотическое давление возникает для выравнивания концентрации растворенного вещества по всей системе, заставляя воду перемещаться из областей с низкой концентрацией в области с высокой концентрацией. Таким образом, приток и отток воды в слизи, регулируемые полиэлектролитным эффектом, определяют способность слизи к регулируемому набуханию.
Механизм pH-настраиваемого отека
Ионные заряды муцина в основном обусловлены кислыми аминокислотами, включая аспарагиновую кислоту (pKa=3,9) и глутаминовую кислоту (pKa=4,2). Заряды кислых аминокислот изменяются в зависимости от pH окружающей среды из-за диссоциации и ассоциации кислот. Например, аспарагиновая кислота имеет отрицательную боковую цепь при pH выше 3,9, тогда как при снижении pH ниже 3,9 появляется нейтрально заряженная боковая цепь. Таким образом, количество отрицательных зарядов в слизи зависит от pH окружающей среды. Следовательно, полиэлектролитный эффект слизи в значительной степени подвержен влиянию pH раствора из-за изменения заряда остатков кислых аминокислот в основной цепи муцина. Например, заряженный остаток муцина протонируется при нормальном pH желудка, приблизительно pH 2. В этом случае полиэлектролитный эффект практически отсутствует, что приводит к формированию компактной слизи с низкой способностью к набуханию. Однако, бактерия Helicobacter pylori склонна к выработке оснований, повышающих pH в желудке, что приводит к депротонированию аспарагиновой и глутаминовой кислот, то есть к переходу от нейтрального к отрицательному заряду. Это значительно увеличивает количество отрицательных зарядов в слизи, индуцируя полиэлектролитный эффект и её набухание. Набухание увеличивает размер пор в слизи и снижает её вязкость, что позволяет бактериям проникать и мигрировать в слизь, вызывая заболевание.
Выборочность заряда
Высокая селективная проницаемость слизи играет решающую роль в поддержании здоровья человека, ограничивая проникновение молекул, питательных веществ, патогенов и лекарственных средств. Распределение заряда внутри слизи действует как диффузионный барьер, селективный по заряду, что существенно влияет на транспорт веществ. Среди частиц с различными значениями дзета-потенциала поверхности, катионные частицы, как правило, проникают на меньшую глубину, нейтральные – на среднюю, а анионные – на наибольшую. Более того, эффект избирательности по заряду меняется в зависимости от состояния слизи: естественная слизь в три раза эффективнее ограничивает проникновение веществ, чем очищенная.
Другие животные
Кроме того, слизь вырабатывается и многими другими животными. Все рыбы покрыты слизью, выделяемой железами по всему телу. Беспозвоночные, такие как улитки и слизни, выделяют слизь, называемую улитковым слизью, для облегчения передвижения и предотвращения высыхания тела. Их репродуктивные системы также используют слизь, например, для покрытия яиц. В уникальном ритуале спаривания большого лимакса (Limax maximus) спаривающиеся слизни спускаются с возвышенностей по слизистой нити. Слизь является важнейшим компонентом слизи миноги, используемой для отпугивания хищников. У некоторых туникатов и личинок миноги слизь вырабатывается эндостилем для облегчения фильтрационного питания.