17.1: הגנות פיזיות

מטרות למידה

• תאר את המחסומים הפיזיים וההגנות המכניות השונות המגינות על גוף האדם מפני זיהום ומחלות
• תאר את תפקידה של המיקרוביוטה כהגנה קו ראשון מפני זיהום ומחלות

מיקוד קליני: חלק 1

אנג'לה, מטופלת בת 25 במחלקת החירום, מתקשה לתקשר מילולית בגלל קוצר נשימה. אחות מתבוננת בהתכווצות ונפיחות בדרכי הנשימה ובנשימה מאומצת. האחות שואלת את אנג'לה אם יש לה היסטוריה של אסטמה או אלרגיות. אנג'לה מנידה בראשה לא, אבל יש פחד בעיניה. בקושי מסוים היא מסבירה שאביה נפטר לפתע בגיל 27, כשהייתה רק ילדה קטנה, מהתקף נשימה דומה. הסיבה הבסיסית מעולם לא זוהתה.

תרגיל \(\PageIndex{1}\)

1. מה הם כמה גורמים אפשריים של התכווצות ונפיחות של דרכי הנשימה?
2. מה גורם לנפיחות ברקמות הגוף באופן כללי?

ניתן לאפיין חסינות מולדת לא ספציפית כמערכת הגנות רבת פנים המכוונת לפתוגנים פולשים באופן לא ספציפי. בפרק זה חילקנו את ההגנות הרבות המרכיבות מערכת זו לשלוש קטגוריות: הגנות פיזיות, הגנות כימיות והגנות סלולריות. עם זאת, חשוב לזכור כי הגנות אלה אינן מתפקדות באופן עצמאי, והקטגוריות לרוב חופפות. הטבלה \(\PageIndex{1}\) מספקת סקירה כללית של ההגנות הלא ספציפיות שנדונו בפרק זה.

טבלה\(\PageIndex{1}\): סקירה כללית של הגנות חיסוניות מולדות לא ספציפיות

סקירה כללית של הגנות חיסוניות מולדות לא ספציפיות
הגנות פיזיות	חסמים פיזיים
	הגנות מכניות
	מיקרוביום
הגנות כימיות	כימיקלים ואנזימים בנוזלי גוף
	פפטידים אנטי-מיקרוביאליים
	מתווכי חלבון פלזמה
	ציטוקינים
	מתווכים מעוררי דלקת
הגנות סלולריות	גרנולוציטים
	אגרנולוציטים

הגנות פיזיות מספקות את הצורה הבסיסית ביותר של הגוף להגנה לא ספציפית. הם כוללים מחסומים פיזיים לחיידקים, כגון העור והריריות, כמו גם הגנות מכניות המסירות פיזית חיידקים ופסולת מאזורים בגוף שבהם הם עלולים לגרום נזק או זיהום. בנוסף, המיקרוביום מספק מדד להגנה פיזית מפני מחלות, שכן חיידקים של המיקרוביוטה הרגילה מתחרים בפתוגנים על חומרים מזינים ואתרי קישור תאיים הדרושים כדי לגרום לזיהום.

חסמים פיזיים

מחסומים פיזיים ממלאים תפקיד חשוב במניעת חיידקים להגיע לרקמות הרגישות לזיהום. ברמה התאית, מחסומים מורכבים מתאים המחוברים היטב כדי למנוע מהפולשים לעבור לרקמה עמוקה יותר. לדוגמה, לתאי האנדותל הקווים את כלי הדם יש צמתים הדוקים מאוד בין תא לתא, וחוסמים מחיידקים לקבל גישה לזרם הדם. צומת תאים מורכבים בדרך כלל מחלבוני קרום התא שעשויים להתחבר למטריצה החוץ -תאית או עם חלבונים משלימים מתאי שכנים. לרקמות בחלקים שונים של הגוף יש סוגים שונים של צומת תאים. אלה כוללים צמתים הדוקים, דסמוזומים וצמתים מרווחים, כפי שמודגם באיור. \(\PageIndex{1}\) מיקרואורגניזמים פולשים עשויים לנסות לפרק חומרים אלה כימית, תוך שימוש באנזימים כגון פרוטאזות העלולים לגרום לנזק מבני כדי ליצור נקודת כניסה לפתוגנים.

איור\(\PageIndex{1}\): ישנם סוגים רבים של צומת תאים ברקמה אנושית, שלושה מהם מוצגים כאן. צמתים הדוקים מסמרים שני תאים סמוכים זה לזה, ומונעים או מגבילים חילופי חומרים דרך הרווחים ביניהם. לדסמוזומים יש סיבי ביניים הפועלים כמו שרוכי נעליים, קושרים שני תאים זה לזה, ומאפשרים לחומרים קטנים לעבור דרך החללים המתקבלים. צומת פערים הם ערוצים בין שני תאים המאפשרים את התקשורת שלהם באמצעות אותות. (אשראי: שינוי עבודה מאת מריאנה רויז ויאריאל)

מחסום העור

אחד המחסומים הפיזיים החשובים ביותר בגוף הוא מחסום העור, המורכב משלוש שכבות של תאים ארוזים מקרוב. השכבה העליונה הדקה נקראת האפידרמיס. שכבה שנייה ועבה יותר, הנקראת דרמיס, מכילה זקיקי שיער, בלוטות זיעה, עצבים וכלי דם. שכבה של רקמת שומן הנקראת היפודרמיס שוכנת מתחת לדרמיס ומכילה כלי דם ולימפה (איור\(\PageIndex{2}\)).

איור\(\PageIndex{2}\): לעור האדם יש שלוש שכבות, האפידרמיס, הדרמיס וההיפודרמיס, המספקות מחסום עבה בין חיידקים מחוץ לגוף ורקמות עמוקות יותר. תאי עור מתים על פני האפידרמיס נשפכים ללא הרף, ולוקחים איתם חיידקים על פני העור. (אשראי: שינוי העבודה על ידי המכונים הלאומיים לבריאות)

שכבת העור העליונה ביותר, האפידרמיס, מורכבת מתאים ארוזים בקרטין. תאים מתים אלה נשארים כשכבה צפופה ומחוברת היטב של קליפות תאים מלאות חלבון על פני העור. הקרטין הופך את פני העור לקשים מכנית ועמידים בפני השפלה על ידי אנזימים חיידקיים. חומצות שומן על פני העור יוצרות סביבה יבשה, מלוחה וחומצית המעכבת את צמיחתם של כמה חיידקים ועמידה מאוד בפני פירוק על ידי אנזימים חיידקיים. בנוסף, התאים המתים של האפידרמיס נשפכים לעתים קרובות, יחד עם כל החיידקים שעלולים להיצמד אליהם. תאי עור שנשפכים מוחלפים ללא הרף בתאים חדשים מלמטה, ומספקים מחסום חדש שיישפך בקרוב באותו אופן.

זיהומים יכולים להתרחש כאשר מחסום העור נפגע או נשבר. פצע יכול לשמש נקודת כניסה לפתוגנים אופורטוניסטיים, העלולים להדביק את רקמת העור המקיפה את הפצע ואולי להתפשט לרקמות עמוקות יותר.

לכל ורד יש את הקוץ שלו

מייק, גנן מדרום קליפורניה, הבחין לאחרונה בבליטה אדומה קטנה על זרועו השמאלית. בתחילה, הוא לא חשב על זה הרבה, אך עד מהרה הוא הלך וגדל ואז כיב (נפתח), והפך לנגע כואב שהשתרע על פני חלק גדול מזרועו (איור\(\PageIndex{3}\)). הוא הלך למתקן טיפול דחוף, שם שאל רופא על עיסוקו. כשאמר שהוא מעצב נוף, הרופא חשד מיד במקרה של ספורוטריכוזיס, סוג של זיהום פטרייתי המכונה מחלת גנן ורדים מכיוון שהוא פוגע לעתים קרובות בגינונים ובחובבי גינון.

ברוב התנאים, פטריות אינן יכולות לייצר דלקות עור אצל אנשים בריאים. פטריות מגדלות חוטים המכונים היפות, שאינם פולשניים במיוחד וניתן להרחיק אותם בקלות על ידי המחסומים הפיזיים של העור והריריות. עם זאת, פצעים קטנים בעור, כמו אלה הנגרמים על ידי קוצים, יכולים לספק פתח לפתוגנים אופורטוניסטיים כמו Sporothrix schenkii, פטרייה השוכנת באדמה והגורם הסיבתי למחלת גנן הוורדים. ברגע שהוא מפר את מחסום העור, S. schenkii יכול להדביק את העור ואת הרקמות הבסיסיות, לייצר נגעים כיביים כמו של מייק. בנוסף, פתוגנים אחרים עלולים לחדור לרקמה הנגועה ולגרום לזיהומים חיידקיים משניים.

למרבה המזל, ניתן לטפל במחלת גנן הוורדים. הרופא של מייק כתב לו מרשם לכמה תרופות נגד פטריות וכן קורס אנטיביוטיקה למאבק בזיהומים חיידקיים משניים. הנגעים שלו נרפאו בסופו של דבר, ומייק חזר לעבוד עם הערכה חדשה לכפפות ולבגדי מגן.

איור\(\PageIndex{3}\): מחלת גנן הוורדים יכולה להתרחש כאשר הפטרייה Sporothrix schenkii פורצת את העור באמצעות חתכים קטנים, כמו שעלולים להיגרם על ידי קוצים. (אשראי שמאל: שינוי עבודה על ידי אליסה עצמי; זכות אשראי: שינוי העבודה על ידי המרכז לבקרת מחלות ומניעתן)

ממברנות ריריות

הריריות המצפות את האף, הפה, הריאות ודרכי השתן והעיכול מספקות מחסום לא ספציפי נוסף כנגד פתוגנים פוטנציאליים. ממברנות ריריות מורכבות משכבה של תאי אפיתל הקשורים בצמתים הדוקים. תאי האפיתל מפרישים חומר לח ודביק הנקרא ריר, המכסה ומגן על שכבות התאים השבריריות יותר מתחתיו ולוכד פסולת וחומרים חלקיקים, כולל חיידקים. הפרשות ריר מכילים גם פפטידים אנטי מיקרוביאליים.

באזורים רבים בגוף, פעולות מכניות משמשות לשטיפת ריר (יחד עם חיידקים לכודים או מתים) מהגוף או הרחק מאתרי זיהום פוטנציאליים. לדוגמה, במערכת הנשימה, שאיפה יכולה להכניס לגוף חיידקים, אבק, נבגי עובש ופסולת מוטסת קטנה אחרת. פסולת זו נלכדת בריר המצפה את דרכי הנשימה, שכבה המכונה השמיכה הרירית. תאי האפיתל המצפים את החלקים העליונים של דרכי הנשימה נקראים תאי אפיתל ריסים מכיוון שיש להם תוספות דמויות שיער הידועות בשם cilia. תנועת הריסים מניעה ריר עמוס פסולת החוצה והרחק מהריאות. הריר המגורש נבלע ואז נהרס בבטן, או משתעל, או מתעטש החוצה (איור\(\PageIndex{4}\)). מערכת זו של הסרה נקראת לעתים קרובות דרגנוע mucociliary.

איור\(\PageIndex{4}\): מיקרוגרף אלקטרונים סורק זה מציג תאי אפיתל ריסים ולא ריסים מקנה הנשימה האנושי. המדרגות הנעות הריריות דוחפות ריר מהריאות, יחד עם כל פסולת או מיקרואורגניזמים שעלולים להילכד בריר הדביק, והריר נע עד הוושט שם ניתן להסירו בבליעה.

המדרגות הנעות הריריות הן מחסום יעיל כל כך לחיידקים, עד שהריאות, החלק התחתון (והרגיש ביותר) של דרכי הנשימה, נחשבו זה מכבר לסביבה סטרילית אצל אנשים בריאים. רק לאחרונה מחקרים העלו כי לריאות בריאות עשויה להיות מיקרוביוטה רגילה קטנה. הפרעה במדרגות הנעות הריריות על ידי ההשפעות המזיקות של עישון או מחלות כמו סיסטיק פיברוזיס עלולה להוביל להתיישבות מוגברת של חיידקים בדרכי הנשימה התחתונות וזיהומים תכופים, מה שמדגיש את חשיבותו של מחסום פיזי זה להגנות המארח.

בדומה לדרכי הנשימה, מערכת העיכול היא פורטל כניסה דרכו נכנסים חיידקים לגוף, והריריות המצפות את מערכת העיכול מספקות מחסום פיזי לא ספציפי כנגד חיידקים שנבלעו. מערכת המעי מרופדת בתאי אפיתל, שזורים בתאי גביע המפרישים ריר (איור). \(\PageIndex{5}\) ריר זה מתערבב עם חומר המתקבל מהקיבה, לוכד חיידקים ופסולת הנישאים במזון. הפעולה המכנית של פריסטלטיקה, סדרה של התכווצויות שרירים במערכת העיכול, מעבירה את הריר המוטל וחומר אחר דרך המעיים, פי הטבעת והפי הטבעת, ומפרישה את החומר בצואה.

איור\(\PageIndex{5}\): תאי גביע מייצרים ומפרישים ריר. החצים במיקרוגרף זה מצביעים על תאי הגביע המפרישים ריר (הגדלה 1600) באפיתל המעי. (מיקרוגרף אשראי: מיקרוגרף המסופק על ידי יורש העצר של בית הספר לרפואה של אוניברסיטת מישיגן © 2012)

אנדותליה

תאי האפיתל המצפים את דרכי השתן, כלי הדם, כלי הלימפה ורקמות מסוימות אחרות ידועים בשם אנדותליה. תאים ארוזים היטב אלה מספקים מחסום יעיל במיוחד בחזית נגד פולשים. האנדותליה של מחסום הדם-מוח, למשל, מגנה על מערכת העצבים המרכזית (CNS), המורכבת מהמוח ומחוט השדרה. מערכת העצבים המרכזית היא אחד האזורים הרגישים והחשובים ביותר בגוף, שכן זיהום מיקרוביאלי של מערכת העצבים המרכזית יכול להוביל במהירות לדלקת חמורה ולעתים קרובות קטלנית. צומת התאים בכלי הדם העוברים דרך מערכת העצבים המרכזית הם מההדוקים והקשים ביותר בגוף, ומונעים מכל חיידקים חולפים בזרם הדם להיכנס למערכת העצבים המרכזית. זה שומר על נוזל המוח השדרה המקיף ורוחץ את המוח וחוט השדרה סטריליים בתנאים רגילים.

תרגיל \(\PageIndex{2}\)

1. תאר כיצד פועל המדרגות הנעות הריריות.
2. ציין שני מקומות שבהם תמצא אנדותליה.

הגנות מכניות

בנוסף למחסומים פיזיים המרחיקים חיידקים, לגוף יש מספר הגנות מכניות המסירות פיזית פתוגנים מהגוף, ומונעות מהם להתגורר. כבר דנו בכמה דוגמאות להגנות מכניות, כולל שפיכת תאי עור, גירוש ריר דרך המדרגות הנעות הריריות והפרשת צואה דרך פריסטליס פנימי. דוגמאות חשובות נוספות להגנות מכניות כוללות את פעולת השטיפה של שתן ודמעות, ששניהם משמשים להובלת חיידקים מהגוף. פעולת השטיפה של השתן אחראית במידה רבה לסביבה הסטרילית בדרך כלל של דרכי השתן, הכוללת את הכליות, השופכנים ושלפוחית השתן. שתן העובר מהגוף שוטף מיקרואורגניזמים חולפים, ומונע מהם להתגורר. לעיניים יש גם מחסומים פיזיים ומנגנונים מכניים למניעת זיהומים. הריסים והעפעפיים מונעים מאבק ומיקרואורגניזמים הנישאים באוויר להגיע אל פני העין. כל חיידקים או פסולת שעוברים את המחסומים הפיזיים הללו עלולים להישטף על ידי הפעולה המכנית של מצמוץ, אשר רוחצת את העין בדמעות, שוטפת פסולת (איור). \(\PageIndex{6}\)

איור\(\PageIndex{6}\): דמעות שוטפות חיידקים מפני השטח של העין. שתן שוטף חיידקים מתוך דרכי השתן כפי שהוא עובר, וכתוצאה מכך, מערכת השתן היא סטרילית בדרך כלל.

תרגיל \(\PageIndex{3}\)

ציין שתי הגנות מכניות המגנות על העיניים.

מיקרוביום

באזורים שונים בגוף, המיקרוביוטה התושבת משמשת כהגנה חשובה מהקו הראשון מפני פתוגנים פולשים. באמצעות עיסוקם באתרי קישור סלולריים ותחרות על חומרים מזינים זמינים, המיקרוביוטה התושבת מונעת את השלבים המוקדמים הקריטיים של התקשרות ושגשוג פתוגנים הנדרשים להקמת זיהום. לדוגמה, בנרתיק, חברי המיקרוביוטה התושבת מתחרים בפתוגנים אופורטוניסטיים כמו קנדידה השמרים. תחרות זו מונעת זיהומים על ידי הגבלת זמינות החומרים המזינים, ובכך מעכבת את צמיחת הקנדידה, תוך שמירה על אוכלוסייתה. תחרויות דומות מתרחשות בין המיקרוביוטה לבין פתוגנים פוטנציאליים על העור, בדרכי הנשימה העליונות ובדרכי העיכול. כפי שיפורט בהמשך פרק זה, המיקרוביוטה התושבת תורמת גם להגנה הכימית של הגנות המארח הלא ספציפיות המולדות.

חשיבותה של המיקרוביוטה התקינה בהגנות המארח מודגשת על ידי הרגישות המוגברת למחלות זיהומיות כאשר המיקרוביוטה מופרעת או מסולקת. טיפול באנטיביוטיקה יכול לרוקן באופן משמעותי את המיקרוביוטה התקינה של מערכת העיכול, ולספק יתרון לחיידקים פתוגניים להתיישב ולגרום לזיהום שלשול. במקרה של שלשול הנגרם על ידי Clostridium difficile, הזיהום יכול להיות חמור ועלול להיות קטלני. אסטרטגיה אחת לטיפול בזיהומים C. difficile היא השתלת צואה, הכוללת העברת חומר צואה מתורם (נבדק לאיתור פתוגנים פוטנציאליים) למעיים של המטופל המקבל כשיטה לשיקום המיקרוביוטה הרגילה ולמאבק בזיהומים C. difficile.

הטבלה \(\PageIndex{2}\) מספקת סיכום של ההגנות הפיזיות הנדונות בסעיף זה.

טבלה\(\PageIndex{2}\): הגנות פיזיות של חסינות מולדת לא ספציפית

הגנה	דוגמאות	פונקציה
מחסומים סלולריים	עור, ריריות, תאי אנדותל	מנע כניסה לפתוגנים
הגנות מכניות	שפיכת תאי עור, טאטוא רירית, פריסטלטיקה, פעולת שטיפה של שתן ודמעות	הסר פתוגנים מאתרים פוטנציאליים של זיהום
מיקרוביום	חיידקים תושבים בעור, דרכי הנשימה העליונות, דרכי העיכול ודרכי המין	להתחרות עם פתוגנים על אתרי קישור סלולריים וחומרים מזינים

תרגיל \(\PageIndex{4}\)

ציין שתי דרכים שבהן מיקרוביוטה תושבת מתגוננת מפני פתוגנים.

מושגי מפתח וסיכום

• חסינות מולדת לא ספציפית מספקת קו הגנה ראשון מפני זיהום על ידי חסימה לא ספציפית של כניסת חיידקים ומיקוד אותם להשמדה או הסרה מהגוף.
• ההגנות הפיזיות של חסינות מולדת כוללות מחסומים פיזיים, פעולות מכניות המסירות חיידקים ופסולת, והמיקרוביום, המתחרה ומעכב את צמיחתם של פתוגנים.
• העור, הריריות והאנדותליה בכל הגוף משמשים מחסומים פיזיים המונעים מחיידקים להגיע לאתרי זיהום פוטנציאליים. צומת תאים הדוקים ברקמות אלו מונעים מחיידקים לעבור דרכם.
• חיידקים הכלואים בתאי עור מתים או ריר מוסרים מהגוף על ידי פעולות מכניות כגון נשירת תאי עור, טאטוא רירי, שיעול, פריסטלטיקה ושטיפת נוזלי גוף (למשל, הטלת שתן, קרעים)
• המיקרוביוטה התושבת מספקת הגנה פיזית על ידי כיבוש אתרי קישור סלולריים זמינים ותחרות עם פתוגנים על חומרים מזינים זמינים.