Hàng rào vật lý

Da và niêm mạc ngăn cách nội môi của cơ thể với ngoại môi xung quanh.

Da gồm hai lớp. Lớp ngoài mỏng là biểu bì chứa các tế bào biểu mô. Các tế bào biểu mô ken chặt và hóa sừng, chứa keratin (giống thành phần của tóc và móng tay) khiến cho nước và vi sinh vật không xâm nhập vào được.

• Lớp biểu bì bong liên tục nên loại bỏ vi sinh vật bám vào.

• Lớp da khô cản trở sự sinh trưởng mạnh của vi sinh vật.

• Vi sinh vật thường trú trên da tiết enzym phân giải lipit thành axit béo làm giảm pH, ức chế sinh trưởng của vi sinh vật. Một số vi khuẩn còn tiết ra chất kháng khuẩn.

Phía trong biểu bì là lớp bì, là nơi chứa các mao mạch. Vi sinh vật có thể theo các vết xước xâm nhập vào mao mạch sau đó nhiễm vào tuần hoàn. Tuy nhiên, dưới lớp da cũng có các tế bào lympho của da (gọi là SALT – skin associated lymphoid tissue) làm nhiệm vụ bắt giữ vi sinh vật xâm nhập, không cho chúng vào tuần hoàn.

Một trong các tế bào SALT là tế bào Langerhans. Đây là tế bào tua ở biểu bì có khả năng bắt giữ và tiêu diệt kháng nguyên theo cơ chế thực bào. Tế bào này được vận chuyển vào hạch lympho nằm gần da, tại đây chúng được chuyển hóa thành tế bào tua xòe ngón (interdigitating dendritic cell) làm nhiệm vụ trình diện kháng nguyên cho tế bào T hỗ trợ và hoạt hóa tế bào này.

Một loại tế bào SALT khác là tế bào lympho biểu mô. Chúng nằm trong da có khả năng tiết cytokin gây viêm. Trong phần bì còn chứa nhiều đại thực bào làm nhiệm vụ tiêu diệt để ngăn cản sự xâm nhập của kháng nguyên.

Niêm mạc là lớp màng nhầy bao phủ phía trong các đường hô hấp, tiêu hóa, niệu, sinh dục…giống như da, niêm mạc cũng gồm 2 lớp: lớp biểu mô trên bề mặt và lớp mô liên kết ở phía dưới. Tuyến nằm dưới biểu mô tiết chất nhầy bẫy vi sinh vật không cho chúng xâm nhập sâu vào cơ thể, đồng thời màng nhầy cũng tiết ra chất kháng khuẩn, ví dụ : dịch cổ tử cung, tuyến tiền liệt, nước mắt có chứa Lyzozym phân giải peptidoglycan của thành tế bào vi khuẩn.

Cũng giống như da màng nhầy chứa mô lympho gọi là MALT (mucosal-associated lymphoid tissue). Trong đó dáng chú ý nhất là mô lympho ở ruột (GALT – gut associated lymphoid tissue) bao gồm các tuyến, mảng Peyer. Các mô lympho tương tự cũng thấy ở đường hô hấp như BALT (bronchial associated lymphoid tissue) và ở niệu (nhưng ở niệu không có tên gọi riêng).

Hệ thống MALT hoạt động theo 2 cơ chế:

1- Khi kháng nguyên rơi vào bề mặt màng nhầy sẽ tiếp xúc với tế bào M. Trên bề mặt tế bào M không có dạng bàn chải hay phủ lông nhỏ nhưng lại có các nang lớn chứa các tế bào T, B và đại thực bào. Tế bào M thâu lấy kháng nguyên rồi đưa vào nang. Tại đây đại thực bào tiêu diệt kháng nguyên.

2- Tế bào M cũng làm nhiệm vụ thực bào sau đó chuyển kháng nguyên vào nang lympho. Tại đây kháng nguyên gắn vào thụ thể tế bào B, hoạt hóa chúng để biệt hóa thành tế bào plasma sản xuất kháng thể IgA. Đây là kháng thể IgA tiết (sIgA = secretory IgA), sau đó sIgA được đưa tới ruột để tương tác với kháng nguyên kích thích sinh ra chúng.

Hệ hô hấp: Ở động vật có vú, hệ hô hấp hoạt động rất có hiệu quả theo các cơ chế khác nhau. Vi sinh vật cùng bụi bặm theo dòng khí vào cơ thể khi ta hít thở. Các hạt lớn (>10µm) đều bị chặn lại ở khoang mũi nhờ đám lông dày đặc. Các hạt nhỏ (<10µm) tiến sâu vào họng, tại đây chúng bị lớp lông nhỏ bao phủ màng nhầy quạt hất ra ngoài. Chất nhầy ẩm và dính cũng bẫy vi sinh vật vào khoang miệng rồi theo phản xạ khạc ra ngoài hoặc nuốt vào dạ dày rồi ra ngoài theo phân.

a – Cấu trúc tế bào M nằm giữa hai tế bào biểu mô ở màng nhầy. Tế bào M bắt giữa kháng nguyên đưa vào nang, nơi chứa các tế bào B, T hỗ trợ và đại thực bào.

b – Kháng nguyên được tế bào M chuyển vào nang lympho chứa tế bào B. Tế bào B hoạt hóa và biệt hóa thành tế bào plasma sản xuất sIgA – sIgA vào ruột để phản ứng với kháng nguyên kích thích sinh ra chúng. (Theo L.M.Prescott, J.P.Harley, D.A.Klein,2005)

Các phản xạ hắt hơi và ho có tác dụng làm bắn không khí chứa vi sinh vật ra khỏi đường hô hấp qua mũi và miệng. Nước bọt rửa trôi vi sinh vật khỏi vùng miệng và cho xuống dạ dày. Nếu vi sinh vật tới được phế nang chúng sẽ bắt gặp quần thể các tế bào làm nhiệm vụ thực bào gọi là đại thực bào phế nang (alveolar macrophage) bắt giữ và tiêu diệt.

Đường tiêu hóa: Dịch dạ dày có độ pH rất thấp (pH 2-3), là hỗn hợp bao gồm axit clohydrit, enzym phân giải protein và chất nhầy, có khả năng tiêu diệt hầu hết các vi sinh vật, ngoại trừ nang của nguyên sinh động vật, độc tố của Clostridium và Staphylococcus. Tuy nhiên một số vi sinh vật nếu được thức ăn bao bọc sẽ sống sót để đi tới ruột non. Tại đây chúng lại bị phá hủy bởi các enzym của tuyến tụy, mật, enzym trong ruột và hệ thống GALT. Nhu động ruột cũng có tác dụng loại bỏ vi sinh vật. Màng nhầy ruột chứa các tế bào Paneth sản ra Lyzozym và các peptit có tên là crytin. Crytin là chất độc đối với nhiều loại vi khuẩn.

Đường niệu và sinh dục: Bình thường đường niệu từ thận đến niệu quản và bàng quang đều vô trùng. Nước tiểu cũng vô trùng. Dòng nước tiểu rửa trôi vi khuẩn bám vào thành niệu quản. Nước tiểu diệt được một số loại vi khuẩn là do có pH thấp, do sự có mặt của ure và một số chất như axit uric, axit hippuric, indican, axit béo mucin và enzym. Niệu đạo nam (dài khoảng 20cm) cũng là rào cản ngăn không cho vi sinh vật vào bàng quang. Niệu đạo nữ ngắn hơn (khoảng 5cm) nên tỷ lệ nhiễm trùng đường niệu ở nữ thường cao hơn ở nam khoảng 14 lần.

Âm đạo lại có cơ chế bảo vệ khác. Estrogen kích thích biểu mô tăng cường tiết glycogen. Chất này được vi khuẩn kháng axit Lactobacillus axitophilus có tên gọi là trực khuẩn Döderlein phân giải tạo ra axit lactic. Thông thường trong 1ml dịch âm đạo có 10⁸ vi khuẩn này. pH 3-5 của dịch âm đạo là bất lợi cho sinh trưởng của nhiều vi khuẩn. Dịch nhầy cổ tử cung cũng có tính kháng khuẩn.

Nước mắt: Nước mắt do tuyến lệ tiết ra có tác dụng rửa trôi bụi bặm chứa vi sinh vật trong mắt. Nước mắt còn chứa các chất kháng khuẩn như Lyzozym, lactoferrin và sIgA.

Hàng rào hóa học

Động vật có vú được trang bị vũ khí hóa học để chống lại vi sinh sinh vật xâm nhập. pH thấp ở da, dịch âm đạo, dịch dạ dày …ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật. Lyzozym trong nước bọt, nước mắt, dịch âm đạo phá hủy thành tế bào vi khuẩn. Protein gắn sắt như lactoferrin làm giảm lượng sắt trong máu, làm thiếu hụt sắt cần cho sinh trưởng của vi sinh vật. Màng nhầy tiết lactoperoxitaz là enzym tổng hợp superoxit rất độc đối với nhiều vi sinh vật, sau nữa nhiều vi khuẩn superoxit dismutaz biến superoxit thành H₂O₂ có khả năng diệt khuẩn.

Ngoài ra máu, dịch bạch huyết và một số dịch của cơ thể còn chứa bacteriocin, beta-lysin và một số polypeptit khác.

Một số vi khuẩn có khả năng tiết ra chất kháng sinh có bản chất là peptit hay protein, gọi là bacteriocin có khả năng diệt khuẩn, ví dụ E.coli tiết ra colicin hay Staphylococcus tiết ra staphyococcin. Colicin có thể bám vào receptor đặc hiệu trên màng tế bào để gây tan bào hoặc gây rối loạn quá trình tạo năng lượng.

ß-lysin là một polypeptit dạng cation do tiểu cầu tiết ra có khả năng tiêu diệt các vi khuẩn Gram (+) bằng cách làm rối loạn màng tế bào chất. Các polypeptit dạng cation khác như leukin, plakin, cecropin và phagocytin. Một số polypeptit chứa kẽm do tuyến tiền liệt tiết ra là yếu tố kháng khuẩn quan trọng.

Hàng rào vi sinh vật

Cơ thể người ta luôn có các vi sinh vật đến cư ngụ, tạo thành một khu hệ phức tạp và cân bằng trong các xoang cơ thể, trong đường tiêu hóa, sinh dục, trên da…Chúng được tạo lập từ khi mới lọt lòng đến lúc trưởng thành. Số lượng các tế bào vi sinh vật ở cơ thể lên đến 10¹⁴ trong khi tổng số tế bào của cơ thể người là 10¹³. Ở người khỏe mạnh, các vi sinh vật này không những không gây bệnh mà nhiều khi còn có lợi cho cơ thể. Chúng là bạn đồng hành của con người. Chúng chiếm trước các vị trí không cho các vi sinh vật gây bệnh đến sau bám vào, chúng tiết ra các chất kháng khẩn hoặc làm giảm pH môi trường, tạo điều kiện bất lợi cho sự sinh trưởng của các vi sinh vật gây bệnh. Tuy nhiên do một nguyên nhân nào đó, nếu thế cân bằng bị mất, một số vi sinh vật của cơ thể có thể tận dụng cơ hội để phát triển trội hơn các vi sinh vật khác thì lúc đó chúng có thể trở thành tác nhân gây bệnh. Các vi sinh vật này gọi là vi sinh vật cơ hội và các bệnh do chúng gây ra gọi là bệnh cơ hội. Ví dụ Candida albicans cũng là thành viên của khu hệ vi sinh vật bình thường trong âm đạo. Số lượng của chúng không vượt quá mức cho phép do bị kìm hãm bởi Lactobacillus. Vi khuẩn này tiết axit lactic, làm giảm pH, ngăn cản sự phát triển mạnh của Candida albicans. Khi sử dụng chất kháng sinh chống vi khuẩn nhưng không chống được nấm thì số lượng Lactobacillus sẽ giảm đi, tạo điều kiện cho Candida albicans phát triển mạnh và gây viêm loét âm đạo.

Vi sinh vật trong đường tiêu hóa còn tiết ra vitamin (ví dụ vitamin K) cung cấp cho cơ thể.

Viêm cấp không đặc hiệu

Viêm là đáp ứng không đặc hiệu quan trọng nhằm khu trú tác nhân gây bệnh không cho chúng lan rộng ra. Đặc điểm của viêm đã được mô tả cách đây 2000 năm, bao gồm 4 triệu chứng kinh điển là đỏ, nóng, sưng, đau.

• Đáp ứng viêm bắt đầu khi tế bào của mô bị tổn thương tiết ra tín hiệu hóa học (các chất hóa học trung gian gây viêm) để hoạt hóa dòng tế bào nội mô (endothelium nằm sát mạch máu – hình 3).

• Trong mao mạch có một loại phân tử kết dinh tế bào gọi là selectin. Chúng xuất hiện trên bề mặt tế bào nội mô thành mạch. Các chất này hấp dẫn bạch cầu trung tính và gắn một cách ngẫu nhiên các bạch cầu này vào các tế bào nội mô, rồi từ từ lăn trên mặt tế bào nội mô. Khi lăn, bạch cầu tiếp xúc với các chất hóa học trung gian gây viêm. Các chất hoạt hóa (thụ thể kết dính) nằm trên mặt bạch cầu trung tính gắn với các phân tử kết dính nội mô, ví dụ phân tử kết dính nội bào (ICAM-1-intracellular adhension molecule) và phân tử kết dính tế bào mạch (1) (VCAM-1: vascular cell adhension molecule-1) làm cho bạch cầu trung tính dính vào tế bào nội mô nên ngừng lăn. Động tác này làm cho bạch cầu trung tính thay đổi hình dạng nên dễ chui qua kẽ thành mạch, di chuyển theo dịch mô tới các vị trí tổn thương để tấn công mầm bệnh và các chất ngoại lai khác gây phá hủy mô.

• Bạch cầu trung tính và các bạch cầu khác được hấp dẫn tới vị trí viêm nhờ các chất hóa hướng động do vi khuẩn, tế bào mast và tế bào mô tổn thương tiết ra. Tùy mức độ tổn thương mà theo chân bạch cầu trung tính còn có các loại bạch cầu khác như tế bào mono, đại thực bào và tế bào lympho vào cuộc.

• Các chất trung gian gây viêm do tế bào mô tổn thương tiết ra, làm giảm pH dịch nội bào xung quanh. pH axit hoạt hóa enzym kallikrein dùng để tách bradykinin từ chuỗi tiền chất. Bradykinin gắn vào thụ thể ở thành mạch, mở khe gian bào làm cho dịch và các bạch cầu chui qua mạch vào vị trí viêm. Bradykinin gắn vào tế bào mast trong mô liên kết nằm ở mao mạch, hoạt hóa tế bào mast, làm cho ion Ca⁺⁺ xâm nhập, dẫn đến làm vỡ bọng trong tế bào mast, giải phóng các chất hoạt mạch như histamin. Nếu các dây thần kinh trong vùng viêm bị phá hủy thì sẽ tiết ra chất P để gắn vào tế bào mast, làm tăng sự tiết chất hoạt mạch.

• Histamin gây dãn mạch (làm cho khe gian bào rộng ra) tạo điều kiện cho bạch cầu, kallikrein, tiền chất bradykinin thoát ra ngoài gây sưng. Sau đó bradykinin bám vào tế bào sát mao mạch kích thích chúng sản ra prostaglandin (PGE-2 và PGE-2a) làm sưng vùng bị nhiễm. Prostaglandin cũng gắn vào đầu dây thần kinh, kích thích và gây đau.

• Sự thay đổi tính thấm màng sinh chất của tế bào mast làm hoạt hóa photpholipaz A2 là enzym tách axit arachidonic khỏi photpholipit màng tế bào. Tùy thuộc vào typ tế bào mast, từ axit này có thể tạo ra prostaglandin và tromboxan A2 nhờ enzym cyclooxyaz và tạo ra leukotrien nhờ enzym lipoxyaz.

Prostaglandin và tromboxan A2 là chất gây co thắt cơ trơn phế quản. Leucotrien là chất phản ứng chậm của phản vệ (SRS – slow reacting substance of anaphylaxis), có khả năng gây co thắt phế quản gấp 100 – 1000 lần so với histamin và prostaglandin.

1. Viêm gây giãn mạch, dòng máu dồn vào động mạch nhỏ làm cho đường kính to ra. Vùng viêm bị xưng (xung huyết).
2. Bình thường khe gian bào giữa hai tế bào nội mô của mạch đủ hẹp không cho dịch và các phân tử lớn lọt qua. Khi bị viêm, khe rộng ra làm cho dịch và các phân tử lớn rò rỉ vào dịch mô, gây sưng.
3. Bình thường bạch cầu (ví dụ bạch cầu trung tính) nằm trong mạch, khi bị viêm selectin và integrin làm cho bạch cầu dính vào thành mạch, thay đổi hình dạng, thò “chân giả” chui qua khe gian bào (xuyên mạch).
4. Sau khi chui qua thành mạch các bạch cầu bị hấp dẫn bởi các chất hóa hướng động, tập trung tới vùng viêm để làm nhiệm vụ thực bào, tiêu diệt các vi sinh vật và các tế bào mô chết.(Theo L.M.Prescott, J.P.Harley, D.A.Klein,2005)

Trong viêm cấp mầm bệnh bị trung hòa hoặc loại trừ do các nguyên nhân sau:

• Sự giãn mạch làm máu dồn tới mang theo bạch cầu và các yếu tố kháng khuẩn tới vùng nhiễm.

• Máu dồn đến làm tăng nhiệt độ kích thích đáp ứng viêm.

• Tạo ra các đám tơ huyết ngăn chặn sự lây lan của vi sinh vật, khu trú chung tại chỗ bị tổn thương.

• Bạch cầu tập trung tại vùng viêm để làm nhiệm vụ thực bào. Ngoài ra, các chất hóa học cũng kích thích tủy xương sản ra bạch cầu trung tính và bạch cầu hạt.