Слизь ( / ˈ m j uː k ə s / MEW -kəs ) представляет собой скользкий водный секрет, вырабатываемый и покрывающий слизистые оболочки . Обычно он вырабатывается клетками слизистых желез , хотя может также происходить из смешанных желез, которые содержат как серозные , так и слизистые клетки. Это вязкий коллоид , содержащий неорганические соли , антимикробные ферменты (например, лизоцимы ), иммуноглобулины (особенно IgA ), а также гликопротеины , такие как лактоферрин [1] и муцины , которые продуцируются бокаловидными клетками слизистых оболочек и подслизистых желез . Слизь служит для защиты эпителиальных клеток оболочек дыхательной , пищеварительной и мочеполовой систем , а также структур зрительной и слуховой систем от патогенных грибов , бактерий [2] 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 своего эпидермиса в качестве защиты от болезнетворных микроорганизмов, чтобы помочь в движении и выстилать жабры рыб . Растения производят похожее вещество, называемое слизью , которое также производят некоторые микроорганизмы . [3]
В дыхательной системе человека слизь является частью поверхностной жидкости дыхательных путей (ASL), также известной как жидкость эпителиальной выстилки (ELF), которая выстилает большую часть дыхательных путей . Поверхностная жидкость дыхательных путей состоит из слоя золя , называемого слоем перицилиарной жидкости , и вышележащего слоя геля , называемого слоем слизи. Слой перицилиарной жидкости назван так потому, что он окружает реснички и лежит поверх поверхностного эпителия. [4] [5] [6] Слой перицилиарной жидкости, окружающий реснички, состоит из гелевой сетки из связанных с клетками муцинов и полисахаридов. [7] Слизистая оболочка помогает защитить легкие, улавливая инородные частицы до того, как они смогут попасть в них, особенно через нос при нормальном дыхании. [8]
Слизь состоит из жидкого компонента, содержащего около 95% воды, муцинового секрета бокаловидных клеток и подслизистых желез (2–3% гликопротеинов), протеогликанов (0,1–0,5%), липидов (0,3–0,5%), белки и ДНК. [7] Основные секретируемые муцины – MUC5AC и MUC5B – представляют собой крупные полимеры, которые придают слизи ее реологические или вязкоупругие свойства. [7] [4] MUC5AC — основной гелеобразующий муцин, секретируемый бокаловидными клетками в виде нитей и тонких пластинок. MUC5B представляет собой полимерный белок, секретируемый подслизистыми железами и некоторыми бокаловидными клетками, имеющий форму нитей. [9] [10]
В дыхательных путях — трахее , бронхах и бронхиолах — выстилка слизи производится специализированными эпителиальными клетками дыхательных путей, называемыми бокаловидными клетками , и подслизистыми железами . Мелкие частицы, такие как пыль, твердые загрязняющие вещества и аллергены , а также инфекционные агенты и бактерии, улавливаются вязкой слизью носа или дыхательных путей и предотвращают попадание в систему. Этот процесс вместе с постоянным движением ресничек респираторного эпителия по направлению к ротоглотке ( мукоцилиарный клиренс ) помогает предотвратить попадание инородных тел в легкие во время дыхания. Это объясняет, почему у курильщиков сигарет часто возникает кашель. Естественная реакция организма — увеличение выработки слизи. Кроме того, слизь способствует увлажнению вдыхаемого воздуха и предотвращает высыхание таких тканей , как эпителий носа и дыхательных путей . [11]
В дыхательных путях постоянно вырабатывается слизь . Мукоцилиарное действие переносит его вниз из носовых ходов и вверх из остальной части тракта в глотку, при этом большая часть его проглатывается подсознательно. Иногда во время респираторного заболевания или воспаления слизь может загустевать из-за остатков клеток, бактерий и воспалительных клеток. Тогда она известна как мокрота , которую можно откашливать в виде мокроты , чтобы очистить дыхательные пути. [12] [13]
Повышенное выделение слизи в верхних дыхательных путях является симптомом многих распространенных заболеваний, таких как простуда и грипп . Слизь из носа можно удалить высморканием или промыванием носа . Избыток слизи в носу, например, при простуде или аллергии , из-за набухания сосудов, связанного с расширением сосудов и повышенной проницаемостью капилляров, вызванной гистамином , [14] можно с осторожностью лечить противоотечными препаратами. Сгущение слизи в результате «отдачи» после чрезмерного использования противозастойных средств может привести к проблемам с оттоком носа или пазух и обстоятельствам, способствующим инфекции.
В холодное и засушливое время года слизь, выстилающая носовые ходы, имеет тенденцию высыхать, а это означает, что слизистым оболочкам приходится работать усерднее, производя больше слизи, чтобы поддерживать выстилку полости. В результате полость носа может заполниться слизью. В то же время, когда воздух выдыхается, водяной пар при дыхании конденсируется, поскольку теплый воздух встречается с более холодной температурой наружного воздуха возле ноздрей. Это приводит к скоплению избыточного количества воды в полости носа. В этих случаях избыток жидкости обычно выливается наружу через ноздри. [15]
В нижних дыхательных путях нарушение мукоцилиарного клиренса вследствие таких состояний, как первичная цилиарная дискинезия, может привести к накоплению слизи в бронхах. [16] Нарушение регуляции гомеостаза слизи является фундаментальной 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 обезвоживание. Такая вязкая кислая слизь небольшого объема имеет пониженную антимикробную функцию, что способствует колонизации бактерий. [17] Истончение слоя слизи в конечном итоге влияет на слой перицилиарной жидкости, который становится обезвоженным, нарушая функцию ресничек и ухудшая мукоцилиарный клиренс. [16] [17] Респираторный терапевт может порекомендовать терапию по очистке дыхательных путей , в которой используется ряд методов очистки, помогающих выводить слизь. [18]
В нижних дыхательных путях избыточное производство слизи в бронхах и бронхиолах известно как гиперсекреция слизи . [10] Хроническая гиперсекреция слизи приводит к хроническому продуктивному кашлю при хроническом бронхите , [19] и обычно является синонимом этого явления. [20] Избыток слизи может сузить дыхательные пути, ограничить поток воздуха и ускорить ухудшение функции легких. [10]
В пищеварительной системе человека слизь используется в качестве смазки для материалов, которые должны проходить через мембраны, например, для пищи, проходящей по пищеводу . Слизь имеет чрезвычайно важное значение в желудочно-кишечном тракте . Он образует важный слой в толстой и тонкой кишке, который помогает уменьшить воспаление кишечника за счет уменьшения взаимодействия бактерий с эпителиальными клетками кишечника. [21] Слой слизи слизистой оболочки желудка, выстилающий желудок, жизненно важен для защиты слизистой оболочки желудка от высококислой среды внутри него. [22]
В женской репродуктивной системе человека цервикальная слизь предотвращает инфекцию и обеспечивает смазку во время полового акта. Консистенция цервикальной слизи варьируется в зависимости от стадии менструального цикла женщины. При овуляции цервикальная слизь прозрачная, жидкая и способствует выработке спермы ; после овуляции слизь становится более густой и с большей вероятностью блокирует сперму. Некоторые методы определения фертильности основаны на наблюдении за цервикальной слизью как одним из трех основных признаков фертильности, чтобы определить период фертильности женщины в середине цикла. Осведомленность о периоде фертильности женщины позволяет паре определить время полового акта, чтобы повысить шансы на беременность. Это также предлагается как метод предотвращения беременности. [23]
В целом носовая слизь прозрачная и жидкая и служит для фильтрации воздуха при вдохе. Во время инфекции слизь может изменить цвет на желтый или зеленый либо в результате попадания в нее 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 железосодержащего фермента миелопероксидазы , секретируемого лейкоцитами в качестве цитотоксической защиты во время респираторного взрыва .
В случае бактериальной инфекции бактерия попадает в уже закупоренные пазухи и размножается во влажной, богатой питательными веществами среде. Синусит — неприятное состояние, которое может включать скопление слизи. Бактериальная инфекция при синусите вызывает изменение цвета слизи и поддается лечению антибиотиками; вирусные инфекции обычно проходят без лечения. [26] Почти все инфекции синусита являются вирусными, а антибиотики неэффективны и не рекомендуются для лечения типичных случаев. [27]
В случае вирусной инфекции, такой как простуда или грипп , первая и последняя стадии инфекции вызывают выделение прозрачной жидкой слизи в носу или задней части горла. Когда организм начинает реагировать на вирус (обычно через один-три дня), слизь сгущается и может стать желтой или зеленой. Вирусные инфекции не поддаются лечению антибиотиками и являются основным источником их неправильного использования. Лечение обычно основано на симптомах; часто этого достаточно, чтобы иммунная система со временем смогла бороться с вирусом. [28]
Обструктивные заболевания легких часто возникают в результате нарушения мукоцилиарного клиренса, что может быть связано с гиперсекрецией слизи, и их иногда называют мукообструктивными заболеваниями легких . [29] Методы очистки дыхательных путей могут помочь очистить дыхательные пути от выделений, поддержать здоровье органов дыхания и предотвратить воспаление в дыхательных путях. [18]
Уникальные эпителиальные стволовые клетки , выстилающие пуповину, экспрессируют MUC1 , называемый (CLEC-muc). Было показано, что это имеет хороший потенциал в регенерации роговицы . [30] [31]
Слизь способна поглощать воду или обезвоживаться из-за изменений pH . Способность слизи набухать обусловлена структурой муцина (32) , в которой гидрофильные сегменты обеспечивают большую площадь поверхности для поглощения воды. Более того, возможность настройки эффекта набухания контролируется полиэлектролитным эффектом.
Полимеры с заряженными молекулами называются полиэлектролитами . Муцины — разновидность полиэлектролитных протеогликанов — являются основным компонентом слизи, обеспечивающим полиэлектролитный эффект в слизи. [33] Процесс создания этого эффекта состоит из двух этапов: привлечение противоионов и компенсация воды. При воздействии физиологического ионного раствора заряженные группы полиэлектролитов притягивают противоионы с противоположными зарядами, тем самым приводя к градиенту концентрации растворенного вещества. Осмотическое давление создается для выравнивания концентрации растворенного вещества во всей системе, заставляя воду течь из областей с низкой концентрацией в области с высокой концентрацией. Короче говоря, приток и отток воды внутри слизи, управляемый полиэлектролитным эффектом, способствуют регулируемой способности слизи к набуханию. [34]
Ионный заряд муцина обеспечивают в основном кислые аминокислоты, 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. Аспарагиновая кислота, например, имеет отрицательную боковую цепь, когда значение pH превышает 3,9, тогда как нейтрально заряженная боковая цепь будет введена, когда значение pH упадет ниже 3,9. Таким образом, на количество отрицательных зарядов в слизи влияет значение pH окружающей среды. То есть на полиэлектролитный эффект слизи в значительной степени влияет значение pH раствора из-за изменения заряда кислых аминокислотных остатков на основной цепи муцина. Например, заряженный остаток муцина протонируется при нормальном значении pH желудка, примерно равном pH 2. В этом случае почти не наблюдается полиэлектролитного эффекта, что приводит к образованию уплотненной слизи с небольшой способностью к набуханию. Однако разновидность бактерий Helicobacter pylori склонна вырабатывать основание, повышающее значение pH в желудке, что приводит к депротонированию аспарагиновой и глутаминовой кислот, т.е. от нейтрального к отрицательно заряженному. Отрицательные заряды слизи значительно увеличиваются, вызывая полиэлектролитный эффект и набухание слизи. Этот эффект набухания увеличивает размер пор слизи и уменьшает вязкость слизи, что позволяет бактериям проникать в слизь и мигрировать в нее, вызывая заболевания. [35]
Высокая избирательная 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 различным поверхностным дзета-потенциалом катионные частицы имеют тенденцию иметь низкую глубину проникновения, нейтральные - среднюю, а анионные - наибольшую глубину проникновения. Кроме того, эффект селективности заряда меняется при изменении состояния слизи, 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 улиточной слизью, которая обеспечивает движение и предотвращает высыхание тела. Их репродуктивная система также использует слизь, например, для покрытия яиц . В уникальном брачном ритуале Limax maximus слизняки спускаются с возвышенностей по нити слизи. Слизь является важным компонентом слизи миксины , используемой для отпугивания хищников. [39] Слизь вырабатывается эндостилем у некоторых оболочников и личинок миног , что помогает фильтровать питание.
Во-вторых, HCl в просвете не переваривает слизистую оболочку, поскольку бокаловидные клетки слизистой оболочки секретируют большое количество защитной слизи, выстилающей поверхность слизистой оболочки.