17.1: Defesas físicas

Objetivos de

• Descreva as várias barreiras físicas e defesas mecânicas que protegem o corpo humano contra infecções e doenças
• Descreva o papel da microbiota como defesa de primeira linha contra infecções e doenças

Foco clínico: Parte 1

Angela, uma paciente do sexo feminino de 25 anos no pronto-socorro, está tendo problemas para se comunicar verbalmente por causa da falta de ar. Uma enfermeira observa constrição e inchaço das vias aéreas e dificuldade respiratória. A enfermeira pergunta a Angela se ela tem histórico de asma ou alergia. Angela balança a cabeça não, mas há medo em seus olhos. Com certa dificuldade, ela explica que seu pai morreu repentinamente aos 27 anos, quando ela era apenas uma garotinha, de um ataque respiratório semelhante. A causa subjacente nunca havia sido identificada.

Exercício\(\PageIndex{1}\)

1. Quais são algumas das possíveis causas de constrição e inchaço das vias aéreas?
2. O que causa inchaço dos tecidos corporais em geral?

A imunidade inata não específica pode ser caracterizada como um sistema multifacetado de defesas que tem como alvo patógenos invasores de maneira inespecífica. Neste capítulo, dividimos as inúmeras defesas que compõem esse sistema em três categorias: defesas físicas, defesas químicas e defesas celulares. No entanto, é importante ter em mente que essas defesas não funcionam de forma independente e as categorias geralmente se sobrepõem. \(\PageIndex{1}\)A tabela fornece uma visão geral das defesas não específicas discutidas neste capítulo.

Tabela\(\PageIndex{1}\): Visão geral das defesas imunes inatas não específicas

Visão geral das defesas imunes inatas não específicas
Defesas físicas	Barreiras físicas
	Defesas mecânicas
	Microbioma
Defesas químicas	Substâncias químicas e enzimas nos fluidos corporais
	Peptídeos antimicrobianos
	Mediadores de proteínas plasmáticas
	Citocinas
	Mediadores que provocam inflamação
Defesas celulares	Granulócitos
	Agranulócitos

As defesas físicas fornecem a forma mais básica de defesa não específica do corpo. Eles incluem barreiras físicas para micróbios, como a pele e as membranas mucosas, bem como defesas mecânicas que removem fisicamente micróbios e detritos de áreas do corpo onde eles podem causar danos ou infecções. Além disso, o microbioma fornece uma medida de proteção física contra doenças, pois os micróbios da microbiota normal competem com os patógenos por nutrientes e locais de ligação celular necessários para causar a infecção.

Barreiras físicas

As barreiras físicas desempenham um papel importante na prevenção de micróbios de alcançar tecidos suscetíveis à infecção. No nível celular, as barreiras consistem em células que estão fortemente unidas para impedir que invasores atravessem tecidos mais profundos. Por exemplo, as células endoteliais que revestem os vasos sanguíneos têm junções muito estreitas entre células, impedindo que os micróbios tenham acesso à corrente sanguínea. As junções celulares geralmente são compostas por proteínas da membrana celular que podem se conectar com a matriz extracelular ou com proteínas complementares de células vizinhas. Tecidos em várias partes do corpo têm diferentes tipos de junções celulares. Isso inclui junções estreitas, desmossomos e junções de lacuna, conforme ilustrado na Figura\(\PageIndex{1}\). Microrganismos invasores podem tentar decompor essas substâncias quimicamente, usando enzimas como proteases, que podem causar danos estruturais para criar um ponto de entrada para patógenos.

Figura\(\PageIndex{1}\): Existem vários tipos de junções celulares no tecido humano, três das quais são mostradas aqui. Junções estreitas rebitam duas células adjacentes, impedindo ou limitando a troca de material pelos espaços entre elas. Os desmossomos têm fibras intermediárias que agem como cadarços, unindo duas células, permitindo que pequenos materiais passem pelos espaços resultantes. As junções de lacuna são canais entre duas células que permitem sua comunicação por meio de sinais. (crédito: modificação da obra de Mariana Ruiz Villareal)

A barreira da pele

Uma das barreiras físicas mais importantes do corpo é a barreira cutânea, que é composta por três camadas de células bem compactadas. A fina camada superior é chamada de epiderme. Uma segunda camada mais espessa, chamada derme, contém folículos pilosos, glândulas sudoríparas, nervos e vasos sanguíneos. Uma camada de tecido adiposo chamada hipoderme fica abaixo da derme e contém vasos sanguíneos e linfáticos (Figura\(\PageIndex{2}\)).

Figura\(\PageIndex{2}\): A pele humana tem três camadas, a epiderme, a derme e a hipoderme, que fornecem uma barreira espessa entre os micróbios fora do corpo e os tecidos mais profundos. As células mortas da pele na superfície da epiderme são continuamente eliminadas, levando consigo micróbios na superfície da pele. (crédito: modificação do trabalho pelo National Institutes of Health)

A camada superior da pele, a epiderme, consiste em células repletas de queratina. Essas células mortas permanecem como uma camada densa e fortemente conectada de cascas celulares cheias de proteínas na superfície da pele. A queratina torna a superfície da pele mecanicamente resistente e resistente à degradação por enzimas bacterianas. Os ácidos graxos na superfície da pele criam um ambiente seco, salgado e ácido que inibe o crescimento de alguns micróbios e é altamente resistente à degradação por enzimas bacterianas. Além disso, as células mortas da epiderme são frequentemente eliminadas, junto com quaisquer micróbios que possam se agarrar a elas. As células da pele eliminadas são continuamente substituídas por novas células de baixo, fornecendo uma nova barreira que em breve será eliminada da mesma forma.

As infecções podem ocorrer quando a barreira da pele está comprometida ou quebrada. Uma ferida pode servir como ponto de entrada para patógenos oportunistas, que podem infectar o tecido cutâneo ao redor da ferida e possivelmente se espalhar para tecidos mais profundos.

Cada rosa tem seu espinho

Mike, um jardineiro do sul da Califórnia, notou recentemente uma pequena protuberância vermelha no antebraço esquerdo. Inicialmente, ele não pensou muito nisso, mas logo ficou maior e depois ulcerou (se abriu), tornando-se uma lesão dolorosa que se estendia por grande parte do antebraço (Figura\(\PageIndex{3}\)). Ele foi a um centro de atendimento de urgência, onde um médico perguntou sobre sua ocupação. Quando disse que era paisagista, o médico imediatamente suspeitou de um caso de esporotricose, um tipo de infecção fúngica conhecida como doença do jardineiro de rosas, porque muitas vezes aflige paisagistas e entusiastas da jardinagem.

Na maioria das condições, os fungos não podem produzir infecções cutâneas em indivíduos saudáveis. Os fungos criam filamentos conhecidos como hifas, que não são particularmente invasivos e podem ser facilmente mantidos afastados pelas barreiras físicas da pele e das membranas mucosas. No entanto, pequenas feridas na pele, como as causadas por espinhos, podem fornecer uma abertura para patógenos oportunistas como o Sporothrix schenkii, um fungo que vive no solo e o agente causador da doença do jardineiro de rosas. Uma vez que rompe a barreira da pele, o S. schenkii pode infectar a pele e os tecidos subjacentes, produzindo lesões ulceradas como as de Mike. Além disso, outros patógenos podem entrar no tecido infectado, causando infecções bacterianas secundárias.

Felizmente, a doença do jardineiro de rosas é tratável. O médico de Mike lhe prescreveu alguns medicamentos antifúngicos, bem como um curso de antibióticos para combater infecções bacterianas secundárias. Suas lesões acabaram se curando, e Mike voltou a trabalhar com uma nova apreciação por luvas e roupas de proteção.

Figura\(\PageIndex{3}\): A doença do jardineiro de rosas pode ocorrer quando o fungo Sporothrix schenkii rompe a pele por meio de pequenos cortes, como os causados por espinhos. (crédito à esquerda: modificação do trabalho de Elisa Self; crédito direito: modificação do trabalho pelos Centros de Controle e Prevenção de Doenças)

membranas mucosas

As membranas mucosas que revestem o nariz, a boca, os pulmões e os tratos urinário e digestivo fornecem outra barreira inespecífica contra possíveis patógenos. As membranas mucosas consistem em uma camada de células epiteliais ligadas por junções estreitas. As células epiteliais secretam uma substância úmida e pegajosa chamada muco, que cobre e protege as camadas celulares mais frágeis abaixo dela e retém detritos e material particulado, incluindo micróbios. As secreções de muco também contêm peptídeos antimicrobianos.

Em muitas regiões do corpo, as ações mecânicas servem para expulsar o muco (junto com micróbios presos ou mortos) do corpo ou de possíveis locais de infecção. Por exemplo, no sistema respiratório, a inalação pode trazer micróbios, poeira, esporos de mofo e outros pequenos detritos transportados pelo ar para o corpo. Esses detritos ficam presos no muco que reveste o trato respiratório, uma camada conhecida como manta mucociliar. As células epiteliais que revestem as partes superiores do trato respiratório são chamadas de células epiteliais ciliadas porque têm apêndices semelhantes a pêlos, conhecidos como cílios. O movimento dos cílios impulsiona o muco carregado de detritos para fora e para longe dos pulmões. O muco expelido é então engolido e destruído no estômago, tossido ou espirrado (Figura\(\PageIndex{4}\)). Esse sistema de remoção costuma ser chamado de escada rolante mucociliar.

Figura\(\PageIndex{4}\): Esta micrografia eletrônica de varredura mostra células epiteliais ciliadas e não ciliadas da traquéia humana. A escada rolante mucociliar afasta o muco dos pulmões, junto com quaisquer detritos ou microrganismos que possam ficar presos no muco pegajoso, e o muco sobe até o esôfago, onde pode ser removido pela deglutição.

A escada rolante mucociliar é uma barreira tão eficaz contra micróbios que os pulmões, a porção mais baixa (e mais sensível) do trato respiratório, foram por muito tempo considerados um ambiente estéril em indivíduos saudáveis. Somente recentemente, pesquisas sugeriram que pulmões saudáveis podem ter uma pequena microbiota normal. A interrupção da escada rolante mucociliar pelos efeitos nocivos do tabagismo ou de doenças como a fibrose cística pode levar ao aumento da colonização de bactérias no trato respiratório inferior e infecções frequentes, o que destaca a importância dessa barreira física para as defesas do hospedeiro.

Como o trato respiratório, o trato digestivo é um portal de entrada através do qual os micróbios entram no corpo, e as membranas mucosas que revestem o trato digestivo fornecem uma barreira física inespecífica contra os micróbios ingeridos. O trato intestinal é revestido por células epiteliais, intercaladas com células caliciformes secretoras de muco (Figura\(\PageIndex{5}\)). Esse muco se mistura com o material recebido do estômago, prendendo micróbios e detritos de origem alimentar. A ação mecânica do peristaltismo, uma série de contrações musculares no trato digestivo, move o muco expelido e outros materiais pelos intestinos, reto e ânus, excretando o material nas fezes.

Figura\(\PageIndex{5}\): As células caliciformes produzem e secretam muco. As setas nesta micrografia apontam para as células caliciformes secretoras de muco (ampliação de 1600) no epitélio intestinal. (micrografia de crédito: micrografia fornecida pelos Regentes da Faculdade de Medicina da Universidade de Michigan © 2012)

Endotélia

As células epiteliais que revestem o trato urogenital, os vasos sanguíneos, os vasos linfáticos e alguns outros tecidos são conhecidas como endotélios. Essas células compactadas fornecem uma barreira de linha de frente particularmente eficaz contra invasores. A endotelia da barreira hematoencefálica, por exemplo, protege o sistema nervoso central (SNC), que consiste no cérebro e na medula espinhal. O SNC é uma das áreas mais sensíveis e importantes do corpo, pois a infecção microbiana do SNC pode levar rapidamente a uma inflamação grave e muitas vezes fatal. As junções celulares nos vasos sanguíneos que viajam pelo SNC são algumas das mais estreitas e resistentes do corpo, impedindo que qualquer micróbio transitório na corrente sanguínea entre no SNC. Isso mantém o líquido cefalorraquidiano que envolve e banha o cérebro e a medula espinhal estéreis em condições normais.

Exercício\(\PageIndex{2}\)

1. Descreva como a escada rolante mucociliar funciona.
2. Cite dois lugares onde você encontraria endotelia.

Defesas mecânicas

Além das barreiras físicas que impedem a entrada de micróbios, o corpo tem várias defesas mecânicas que removem fisicamente os patógenos do corpo, impedindo que eles se instalem. Já discutimos vários exemplos de defesas mecânicas, incluindo a eliminação de células da pele, a expulsão de muco pela escada rolante mucociliar e a excreção de fezes pelo peristaltismo intestinal. Outros exemplos importantes de defesas mecânicas incluem a ação de lavagem da urina e das lágrimas, que servem para afastar os micróbios do corpo. A ação de lavagem da urina é em grande parte responsável pelo ambiente normalmente estéril do trato urinário, que inclui rins, ureteres e bexiga urinária. A urina que sai do corpo elimina os microrganismos transitórios, impedindo-os de residir. Os olhos também têm barreiras físicas e mecanismos mecânicos para prevenir infecções. Os cílios e as pálpebras evitam que poeira e microorganismos transportados pelo ar atinjam a superfície do olho. Quaisquer micróbios ou detritos que passem por essas barreiras físicas podem ser eliminados pela ação mecânica do piscar, que banha os olhos em lágrimas, lavando os detritos (Figura\(\PageIndex{6}\)).

Figura\(\PageIndex{6}\): As lágrimas afastam os micróbios da superfície do olho. A urina lava os micróbios do trato urinário à medida que passa; como resultado, o sistema urinário é normalmente estéril.

Exercício\(\PageIndex{3}\)

Cite duas defesas mecânicas que protegem os olhos.

Microbioma

Em várias regiões do corpo, a microbiota residente serve como uma importante defesa de primeira linha contra patógenos invasores. Por meio da ocupação de sítios de ligação celular e da competição pelos nutrientes disponíveis, a microbiota residente evita as etapas iniciais críticas de fixação e proliferação de patógenos necessárias para o estabelecimento de uma infecção. Por exemplo, na vagina, membros da microbiota residente competem com patógenos oportunistas, como a levedura Candida. Essa competição previne infecções ao limitar a disponibilidade de nutrientes, inibindo assim o crescimento de Candida, mantendo sua população sob controle. Competições similares ocorrem entre a microbiota e potenciais patógenos na pele, no trato respiratório superior e no trato gastrointestinal. Como será discutido mais adiante neste capítulo, a microbiota residente também contribui para as defesas químicas das defesas inatas não específicas do hospedeiro.

A importância da microbiota normal nas defesas do hospedeiro é destacada pelo aumento da suscetibilidade a doenças infecciosas quando a microbiota é interrompida ou eliminada. O tratamento com antibióticos pode esgotar significativamente a microbiota normal do trato gastrointestinal, proporcionando uma vantagem para as bactérias patogênicas colonizarem e causarem infecção diarreica. No caso de diarreia causada por Clostridium difficile, a infecção pode ser grave e potencialmente letal. Uma estratégia para tratar infecções por C. difficile é o transplante fecal, que envolve a transferência de material fecal de um doador (rastreado para possíveis patógenos) para o intestino do paciente receptor como um método de restaurar a microbiota normal e combater C. difficile infecções.

\(\PageIndex{2}\)A tabela fornece um resumo das defesas físicas discutidas nesta seção.

Tabela\(\PageIndex{2}\): Defesas físicas da imunidade inata não específica

Defesa	Exemplos	Função
Barreiras celulares	Pele, membranas mucosas, células endoteliais	Negar a entrada de patógenos
Defesas mecânicas	Eliminação de células da pele, varredura mucociliar, peristaltismo, ação de rubor da urina e lágrimas	Remova patógenos de possíveis locais de infecção
Microbioma	Bactérias residentes da pele, trato respiratório superior, trato gastrointestinal e trato geniturinário	Compita com patógenos por locais de ligação celular e nutrientes

Exercício\(\PageIndex{4}\)

Liste duas formas de defesa da microbiota residente contra patógenos.

Conceitos principais e resumo

• A imunidade inata não específica fornece uma primeira linha de defesa contra infecções, bloqueando de forma não específica a entrada de micróbios e direcionando-os para destruição ou remoção do corpo.
• As defesas físicas da imunidade inata incluem barreiras físicas, ações mecânicas que removem micróbios e detritos e o microbioma, que compete e inibe o crescimento de patógenos.
• A pele, as membranas mucosas e os endotélios em todo o corpo servem como barreiras físicas que impedem que os micróbios alcancem possíveis locais de infecção. Junções celulares estreitas nesses tecidos evitam a passagem de micróbios.
• Micróbios presos em células mortas da pele ou muco são removidos do corpo por ações mecânicas, como eliminação de células da pele, varredura mucociliar, tosse, peristaltismo e rubor de fluidos corporais (por exemplo, micção, lágrimas)
• A microbiota residente fornece uma defesa física ocupando os sítios de ligação celular disponíveis e competindo com patógenos pelos nutrientes disponíveis.