Слизь ( / ˈ m j uː k ə s / MEW -kəs ) - скользкий водный секрет, вырабатываемый слизистыми оболочками и покрывающий их . Обычно он вырабатывается клетками, находящимися в слизистых железах , хотя может также происходить из смешанных желез, которые содержат как серозные , так и слизистые клетки. Это вязкий коллоид , содержащий неорганические соли , антимикробные ферменты (такие как лизоцимы ), иммуноглобулины (особенно IgA ) и гликопротеины , такие как лактоферрин [1] и муцины , которые вырабатываются бокаловидными клетками слизистых оболочек и подслизистых желез . Слизь служит для защиты эпителиальных клеток в слизистой оболочке дыхательной , пищеварительной и мочеполовой систем , а также структур зрительной и слуховой систем от патогенных грибков , бактерий [2] и вирусов . Большая часть слизи в организме вырабатывается в желудочно-кишечном тракте .
Амфибии , рыбы , улитки , слизни и некоторые другие беспозвоночные также производят внешнюю слизь из своего эпидермиса в качестве защиты от патогенов, для помощи в движении и для выстилания жабр рыб . Растения производят похожее вещество, называемое слизью , которое также производится некоторыми микроорганизмами . [3]
В дыхательной системе человека слизь является частью поверхностной жидкости дыхательных путей (ASL), также известной как эпителиальная выстилающая жидкость (ELF), которая выстилает большую часть дыхательных путей . Поверхностная жидкость дыхательных путей состоит из слоя золя , называемого перицилиарным жидким слоем , и вышележащего гелевого слоя, называемого слизистым слоем. Перицилиарный жидкий слой так назван, потому что он окружает реснички и лежит поверх поверхностного эпителия. [4] [5] [6] Перицилиарный жидкий слой, окружающий реснички, состоит из гелевой сети из связанных с клетками муцинов и полисахаридов. [7] Слизистый слой помогает защищать легкие, улавливая инородные частицы до того, как они смогут попасть в них, в частности, через нос во время обычного дыхания. [8]
Слизь состоит из жидкого компонента, примерно на 95% состоящего из воды, муциновых выделений из бокаловидных клеток и подслизистых желез (2–3% гликопротеинов), протеогликанов (0,1–0,5%), липидов (0,3–0,5%), белков и ДНК. [7] Основные секретируемые муцины – MUC5AC и MUC5B – представляют собой крупные полимеры, которые придают слизи ее реологические или вязкоупругие свойства. [7] [4] MUC5AC – это основной гелеобразующий муцин, секретируемый бокаловидными клетками в виде нитей и тонких листов. MUC5B – это полимерный белок, секретируемый подслизистыми железами и некоторыми бокаловидными клетками в виде нитей. [9] [10]
В дыхательных путях — трахее , бронхах и бронхиолах — выстилка слизью производится специализированными эпителиальными клетками дыхательных путей, называемыми бокаловидными клетками , и подслизистыми железами . Мелкие частицы, такие как пыль, загрязняющие частицы и аллергены , а также инфекционные агенты и бактерии, улавливаются вязкой носовой или дыхательной слизью и не допускаются в систему. Этот процесс, вместе с постоянным движением ресничек на респираторном эпителии по направлению к ротоглотке ( мукоцилиарный клиренс ), помогает предотвратить попадание инородных тел в легкие во время дыхания. Это объясняет, почему кашель часто возникает у тех, кто курит сигареты. Естественная реакция организма — увеличить выработку слизи. Кроме того, слизь помогает увлажнять вдыхаемый воздух и предотвращает высыхание тканей, таких как эпителий носа и дыхательных путей. [11]
Слизь непрерывно вырабатывается в дыхательных путях . Мукоцилиарное действие переносит ее вниз из носовых ходов и вверх из остальной части тракта в глотку, причем большая ее часть проглатывается подсознательно. Иногда во время респираторного заболевания или воспаления слизь может загустевать из-за остатков клеток, бактерий и воспалительных клеток. Тогда она становится мокротой, которую можно откашливать как мокроту, чтобы очистить дыхательные пути. [12] [13]
Повышенное образование слизи в верхних дыхательных путях является симптомом многих распространенных заболеваний, таких как простуда и грипп . Носовую слизь можно удалить, высморкавшись или промыв нос . Избыток носовой слизи, как при простуде или аллергии , из-за сосудистой закупорки, связанной с вазодилатацией и повышенной проницаемостью капилляров, вызванной гистаминами , [14] можно осторожно лечить с помощью противоотечных препаратов. Загустение слизи как эффект «рикошета» после чрезмерного использования противоотечных средств может вызвать проблемы с носовым или околоносовым дренажем и обстоятельства, способствующие инфекции.
В холодное, сухое время года слизь, выстилающая носовые ходы, имеет тенденцию высыхать, что означает, что слизистые оболочки должны работать усерднее, вырабатывая больше слизи, чтобы поддерживать полость в чистоте. В результате носовая полость может заполняться слизью. В то же время, когда воздух выдыхается, водяной пар в дыхании конденсируется, поскольку теплый воздух встречается с более холодной внешней температурой около ноздрей. Это приводит к накоплению избыточного количества воды внутри носовых полостей. В этих случаях избыточная жидкость обычно выливается наружу через ноздри. [15]
В нижних дыхательных путях нарушение мукоцилиарного клиренса из-за таких состояний, как первичная цилиарная дискинезия, может привести к накоплению слизи в бронхах. [16] Нарушение регуляции гомеостаза слизи является основной характеристикой муковисцидоза , наследственного заболевания, вызванного мутациями в гене CFTR , который кодирует хлоридный канал . Этот дефект приводит к изменению электролитного состава слизи, что вызывает ее гиперабсорбцию и дегидратацию. Такая малообъемная, вязкая, кислая слизь имеет сниженную антимикробную функцию, что способствует бактериальной колонизации. [17] Истончение слоя слизи в конечном итоге влияет на перицилиарный жидкий слой, который становится обезвоженным, нарушая цилиарную функцию и нарушая мукоцилиарный клиренс. [16] [17] Респираторный терапевт может рекомендовать терапию очищения дыхательных путей , которая использует ряд методов очищения, чтобы помочь с очищением слизи. [18]
В нижних дыхательных путях избыточное образование слизи в бронхах и бронхиолах известно как гиперсекреция слизи . [10] Хроническая гиперсекреция слизи приводит к хроническому продуктивному кашлю при хроническом бронхите , [19] и, как правило, является синонимом этого термина. [20] Избыточное образование слизи может сузить дыхательные пути, ограничить поток воздуха и ускорить снижение функции легких. [10]
В пищеварительной системе человека слизь используется в качестве смазки для материалов, которые должны проходить через мембраны, например, пища, проходящая по пищеводу . Слизь чрезвычайно важна в желудочно-кишечном тракте . Она образует важный слой в толстой кишке и тонком кишечнике, который помогает уменьшить воспаление кишечника за счет снижения бактериального взаимодействия с эпителиальными клетками кишечника. [21] Слой слизи слизистой оболочки желудка, выстилающий желудок , жизненно важен для защиты слизистой оболочки желудка от сильнокислой среды внутри него. [22]
В репродуктивной системе женщин человека цервикальная слизь предотвращает инфекции и обеспечивает смазку во время полового акта. Консистенция цервикальной слизи варьируется в зависимости от стадии менструального цикла женщины. Во время овуляции цервикальная слизь прозрачная, жидкая и благоприятна для спермы ; после овуляции слизь становится гуще и с большей вероятностью блокирует сперму. Несколько методов определения фертильности основаны на наблюдении за цервикальной слизью как одним из трех основных признаков фертильности, чтобы определить фертильное время женщины в середине цикла. Знание фертильного времени женщины позволяет паре рассчитать время полового акта, чтобы повысить шансы на беременность. Это также предлагается как метод предотвращения беременности. [23]
В целом, носовая слизь прозрачная и жидкая, служит для фильтрации воздуха во время вдыхания. Во время инфекции слизь может менять цвет на желтый или зеленый либо в результате попадания бактерий [24] , либо из-за реакции организма на вирусную инфекцию. Например, инфекция Staphylococcus aureus может сделать слизь желтой. [25] Зеленый цвет слизи обусловлен гемовой группой в железосодержащем ферменте миелопероксидазе, секретируемом лейкоцитами в качестве цитотоксической защиты во время респираторного взрыва .
В случае бактериальной инфекции бактерия попадает в уже забитые пазухи , размножаясь во влажной, богатой питательными веществами среде. Синусит — неприятное состояние, которое может включать застой слизи. Бактериальная инфекция при синусите вызовет изменение цвета слизи и поддастся лечению антибиотиками; вирусные инфекции обычно проходят без лечения. [26] Почти все инфекции синусита являются вирусными, и антибиотики неэффективны и не рекомендуются для лечения типичных случаев. [27]
В случае вирусной инфекции, такой как простуда или грипп , первая стадия, а также последняя стадия инфекции вызывают выработку прозрачной, жидкой слизи в носу или задней стенке горла. Когда организм начинает реагировать на вирус (обычно от одного до трех дней), слизь густеет и может стать желтой или зеленой. Вирусные инфекции не поддаются лечению антибиотиками и являются основным путем для их неправильного использования. Лечение, как правило, основано на симптомах; часто достаточно позволить иммунной системе бороться с вирусом с течением времени. [28]
Обструктивные заболевания легких часто возникают из-за нарушения мукоцилиарного клиренса, которое может быть связано с гиперсекрецией слизи, и их иногда называют мукообструктивными заболеваниями легких . [29] Методы терапии очищения дыхательных путей могут помочь очистить секрецию, поддержать здоровье органов дыхания и предотвратить воспаление в дыхательных путях. [18]
Уникальная эпителиальная стволовая клетка пуповинной оболочки экспрессирует MUC1 , называемый (CLEC-muc). Было показано, что это имеет хороший потенциал в регенерации роговицы . [ 30] [31]
Слизь способна поглощать воду или дегидратироваться за счет изменений pH . Способность слизи к набуханию обусловлена структурой ершика [32] муцина , в которой гидрофильные сегменты обеспечивают большую площадь поверхности для поглощения воды. Более того, настраиваемость эффекта набухания контролируется полиэлектролитным эффектом.
Полимеры с заряженными молекулами называются полиэлектролитами . Муцины, разновидность полиэлектролитных протеогликанов , являются основным компонентом слизи, который обеспечивает полиэлектролитный эффект в слизи. [33] Процесс индукции этого эффекта состоит из двух этапов: притяжение противоионов и водная компенсация. При воздействии в физиологическом ионном растворе заряженные группы в полиэлектролитах притягивают противоионы с противоположными зарядами, тем самым приводя к градиенту концентрации растворенного вещества. Осмотическое давление вводится для выравнивания концентрации растворенного вещества во всей системе путем перемещения воды из областей с низкой концентрацией в области с высокой концентрацией. Короче говоря, приток и отток воды в слизи, управляемые полиэлектролитным эффектом, способствуют регулируемой набухающей способности слизи. [34]
Ионные заряды муцина в основном обеспечиваются кислыми аминокислотами, включая аспарагиновую кислоту ( pKa = 3,9) и глутаминовую кислоту (pKa = 4,2). Заряды кислых аминокислот будут меняться в зависимости от значения pH окружающей среды из-за диссоциации и ассоциации кислот. Например, аспарагиновая кислота имеет отрицательную боковую цепь, когда значение pH выше 3,9, в то время как нейтрально заряженная боковая цепь будет введена, когда значение pH падает ниже 3,9. Таким образом, количество отрицательных зарядов в слизи зависит от значения pH окружающей среды. То есть, полиэлектролитный эффект слизи в значительной степени зависит от значения pH раствора из-за изменения заряда остатков кислых аминокислот на остове муцина. Например, заряженный остаток на муцине протонируется при нормальном значении pH желудка, приблизительно pH 2. В этом случае полиэлектролитный эффект едва ли присутствует, тем самым вызывая компактную слизь с небольшой способностью к набуханию. Однако, вид бактерий, Helicobacter pylori , склонен производить основание для повышения значения pH в желудке, что приводит к депротонированию аспарагиновой кислоты и глутаминовой кислоты, т. е. от нейтрального до отрицательно заряженного. Отрицательные заряды в слизи значительно увеличиваются, тем самым вызывая полиэлектролитный эффект и набухание слизи. Этот эффект набухания увеличивает размер пор слизи и снижает вязкость слизи, что позволяет бактериям проникать и мигрировать в слизь и вызывать заболевание. [35]
Высокая селективная проницаемость слизи играет решающую роль в здоровом состоянии человека, ограничивая проникновение молекул, питательных веществ, патогенов и лекарств. Распределение заряда внутри слизи служит барьером селективной диффузии заряда, тем самым существенно влияя на транспортировку агентов. Среди частиц с различными поверхностными дзета-потенциалами катионные частицы, как правило, имеют низкую глубину проникновения, нейтральные обладают средней проникающей способностью, а анионные имеют наибольшую глубину проникновения. Кроме того, эффект селективности заряда изменяется, когда статус слизи меняется, т. е. нативная слизь имеет в три раза более высокий потенциал ограничения проникновения агента, чем очищенная слизь. [36]
Слизь также вырабатывается рядом других животных. [37] Все рыбы покрыты слизью, выделяемой железами по всему телу. [38] Беспозвоночные, такие как улитки и слизни, выделяют слизь, называемую слизью улитки, для обеспечения движения и предотвращения высыхания своих тел. Их репродуктивные системы также используют слизь, например, для покрытия своих яиц . В уникальном брачном ритуале Limax maximus спаривающиеся слизни спускаются с возвышенных мест с помощью нити слизи. Слизь является неотъемлемой составляющей слизи миксины , используемой для отпугивания хищников. [39] Слизь вырабатывается эндостилем у некоторых оболочников и личинок миног для помощи в фильтрующем питании.
Во-вторых, HCl в просвете не переваривает слизистую оболочку, потому что бокаловидные клетки в слизистой оболочке выделяют большое количество защитной слизи, которая выстилает поверхность слизистой оболочки.
