03A - LA PENETRAZIONE DEGLI ALLERGENI ATTRAVERSO LE MUCOSE

 PENETRAZIONE DEGLI ALLERGENI

ATTRAVERSO LE MUCOSE - 

ELEMENTI GENERALI E SPECIFICI

DI PROTEZIONE 

 

di VASCO BORDIGNON

Gli scambi tra un qualsiasi individuo e l’ambiente che lo circonda avvengono di norma a livello cutaneo e a livello mucoso. L’introduzione per via ematica o per via sottocutanea richiedono interventi volontari  oppure no, come l’incontro con un insetto che punge o con un animale che morde.

I contatti mucosali hanno come porte d’ingresso la cavità buccale, le vie aeree superiori e la mucosa oculare.  Altri “ingressi” come quello auricolare, vaginale e rettale sono meno coinvolti.

A queste porte d’ingresso fanno seguito le successive strutture di collegamento verso l’interno rappresentate dalle vie aree inferiori e dall’insieme del tubo digerente.

A causa dei ripiegamenti mucosali e dalla presenza di villi su numerosi tipi cellulari si valuta in circa 800 metri quadrati le superfici in contatto con l’esterno.

Tale contatto è di facile comprensione nell’ambito della respirazione, che raggiunge circa 12000 litri di aria ogni giorno, oppure  indotto dalla ingestione di liquidi o di alimenti, all’incirca una tonnellata per persona e per anno.

Sono possibili tuttavia numerosi contatti che non vengono percepiti come tali, essenzialmente mediati dalla mani, attraverso la via buccale od oculare per sostanze precedentemente manipolate dal soggetto.

Nel mondo animale poi il leccarsi il muso o il pelo rappresenta un gesto molto frequente sia a scopo esplorativo o di toilette, e ciò permette la penetrazione di elementi ambientali nelle mucose.

Tutte queste mucose sono tuttavia equipaggiate per non lasciar passare nell’ambiente interno gli elementi ambientali che sono arrivati a loro contatto. Inoltre la loro anatomia microscopica e la loro fisiologia dirigono queste sostanze verso le stazioni d’informazione del sistema immunologico per sviluppare o meno una risposta specifica.

Questi due sistemi mantengono nella maggioranza degli individui uno stato di omeostasi che si traduce in una assenza di patologia e di una tolleranza specifica degli elementi dell’ambiente. La rottura di questa tolleranza rappresenta uno degli elementi che possono portare allo sviluppo di patologie e quindi di ipersensibilità.

 

PROTEZIONE DELLE MUCOSE ai fini di impedirne la penetrazione

 

A- ELEMENTI GENERALI DI PROTEZIONE

Le superfici mucosali nel loro insieme presentano un numero di proprietà comuni che mirano  mantenere la propria integrità.

1) - L’IMPERMEABILITA’ EPITELIALE

Tutte le superfici mucose sono ricoperte da cellule epiteliali più o meno specializzate. Esse formano un rivestimento fisico impermeabile, provvisto però, in certi siti specializzati, di sistemi di captazione e di trasporto specifico, nel senso esterno --> interno ( es.assorbimento di nutrimenti, ecc.), come pure  nel senso interno –->  esterno ( es. sintesi delle IgA secretorie).  L’impermeabilità epiteliale è garantita, a seconda dei territori, da dei sistemi molecolari associati o no alla presenza di organelli intracellulari.

Si descrivono tre tipi di giunzioni intracellulari:

 - le giunzioni strette o tight junctions o zonule occludens

 - le giunzioni ancoranti quali la zonula adherens, la macula adherens o a desmosoma e quella ad emidesmosoma

 - le giunzioni comunicanti (Queste ultime sono presenti soprattutto durante l’embriogenesi in tessuti diversi da quelli epiteliali.)

Accennerò alle giunzioni strette e alle giunzioni ancoranti, che sono le più importanti ai fini della impermeabilità epiteliale.

In tali cellule dobbiamo anzitutto distinguere la parte apicale che è quella rivolta verso l’esterno (lumen), e la parte laterobasale che è quella rivolta verso i liquidi extracellulari (ECF =  Extra-Cellular Fluid)

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LA GIUNZIONE STRETTA O "ZONULA OCCLUDENS"

Le giunzioni strette sono giunzioni cellula-cellula, calcio indipendenti, che formano un collare attorno alla cellula immediatamente al di sotto della superficie apicale, sigillando lo spazio intercellulare dal lume.  Al microscopio elettronico (vedi immagine sottostante)  gli strati esterni elettrondensi delle due membrane cellulari che si fronteggiano sono estremamente vicini  con una minima quantità di materiale intercellulare tra essi. In alcuni punti le due membrane cellulari sembrano fondersi completamente; in questi punti le opposte membrane mostrano un sistema di fini creste che si affrontano “cucendo” assieme le membrane come due pezzi di stoffa. Ogni punto della “cucitura” comprende un paio di proteine integrali di membrana, inserite ognuna su un diverso versante della giunzione, legate fortemente tra loro.

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L’adesione tra le cellule adiacenti viene rinforzata nel lato citoplasmatico da legami con microfilamenti di actina presenti immediatamente sotto la membrana delle due cellule, cioè a livello corticale. Il legame tra queste proteine trans-membrana (definite occludine e claudine) e i filamenti di actina dello strato corticale è mediato da proteine periferiche, tra cui ZO1, ZO2 e ZO3 ( da Zonula Occludens protein 1, 2 e 3).003_-_OK_-_giunzioni_-_protei528

Queste giunzioni strette contribuiscono a sigillare la regione apicale delle cellule così connesse impedendo in tal modo il passaggio attraverso gli spazi intercellulari di ioni e di molecole. Tale passaggio di molecole e di ioni è sottoposto a selezione molecolare, mediato da molecole trans-membrana. Inoltre prevengono la migrazione laterale delle proteine, attuando così il loro confinamento (funzionale) solo nella parte apicale o in quella latero-basale delle membrane plasmatiche.

Tale adesione è discontinua, determinando un aspetto talora descritto come bottone automatico o bottone a pressione.

LA GIUNZIONE ANCORANTE O "ZONULA ADHERENS"

E’ un sistema di giunzioni cellula-cellula, calcio-dipendente. Si trovano subito al di sotto delle giunzioni strette o “tight junctions”.

Al microscopio elettronico si caratterizzano come zone elettrondense, localizzate a ridosso della membrana delle cellule che risultano separate da uno spazio intercellulare di circa 10 nanometri, quindi più ampio delle tight junction.  Le proteine coinvolte in queste giunzioni ancoranti a fascia sono chiamate caderine (comprendenti la desmogleina e la desmocollina) che si connettono tra di loro nello spazio extracellulare. Le caderine poi nel versante citoplasmatico legano i microfilamenti di actina attraverso proteine della famiglia delle catenine.  La funzione di queste giunzioni non è ancora ben definita. Sono anche coinvolte nella regolazione dell’apoptosi.

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LE GIUNZIONI ANCORANTI A DESMOSOMI O A "MACULA ADHERENS"

Sono  giunzioni cellula-cellula, calcio dipendenti, localizzate qua e là a macchia di leopardo sulla membrana cellulare, e conferiscono un’alta resistenza alla trazione e sono abbondanti nei tessuti sottoposti a stress meccanici.

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Al microscopio elettronico appaiono come placche elettrondense addossate alla membrana di cellule che sono separate da uno spazio intercellulare ristretto, sui 15 nanometri. Nel citoplasma su queste placche di adesione convergono numerosi filamenti intermedi, di solito di cheratina. Le proteine transmembrana dei desmosomi sono proteine della famiglia delle caderine (le stesse della zonula adherens) desmogleina e desmocollina, che si interconnettono nello spazio extracellulare.  Le caderine sul versante citoplasmatico legano i filamenti intermedi tramite delle proteine della placca di adesione (che comprendono la desmoplachina e la placoglobina)

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LE GIUNZIONI ANCORANTI AD EMIDESMOSOMI

Si differenziano dai desmosomi per essere giunzioni cellula-matrice, ancorando le cellule alla lamina basale, sono calcio dipendenti, localizzate anch’esse a macchia di leopardo, e particolarmente abbondanti nei tessuti sottoposti a stress meccanici, conferiscono resistenza alla trazione.

Al microscopio elettronico appaiono come mezzi desmosomi, in quanto la placca di adesione è presente solo nel versante citoplasmatico (vedi *). Sulla placca convergono i filamenti intermedi di cheratina.

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010_-_OK_emidesmosoma_bis__micro543Le proteine coinvolte negli emidesmosomi sono diverse da quelle coinvolte nei desmosomi. Infatti sono le integrine le proteine transmembrana, integrine che si connettono alle fibre collagene della lamina basale della matrice extracellulare tramite proteine-ponte tra cui la fibronectina e la laminina. Nel versante citoplasmatico le integrine sono legate alla placca di adesione, costituite da proteine (tra cui la plectina) differenti da quelle della placca di adesione dei desmosomi. Le proteine della placca a loro volta si legano ai filamenti intermedi.

 

LE  PROPRIETA' DELLE CELLULE EPITELIALI

Le cellule epiteliali sono capaci di migrare  rapidamente  e di deformarsi considerevolmente per mantenere la impermeabilità dell’epitelio che esse proteggono in caso di rottura, ancora prima che la proliferazione cellulare ne ricostruisca la barriera naturale.

La sintesi rapida di laminima 5 nella zona lesionata sembra costituire uno degli elementi chiave della attivazione della migrazione delle cellule localizzate ai bordi della lesione.  Queste cellule sono capaci di riparare una breccia epiteliale in 15-60 minuti, senza avere delle proliferazioni o delle differenziazioni cellulari.   Questo meccanismo tuttavia richiede molta energia e necessità di una corretta perfusione sanguigna.  La produzione aumentata di  EGF (epithelial growth factor) , di FGF (fibroblast growth factor) e di TGF–alpha (transforming growth factor alpha) in queste condizioni sembra intervenire  per attivare la mobilità cellulare o la circolazione sanguigna locale.

 

2) - LE SECREZIONI

Le secrezioni delle mucose assicurano di per se stesse un ruolo protettivo. Il pH e gli enzimi presenti in questi liquidi contribuiscono alla denaturazione delle particelle ingerite.

La digestione inizia nella bocca  fin dal contatto con la saliva, e il successivo transito nell’ambiente ostile gastrico conduce ad una sterilizzazione e ad una degradazione di gran parte delle particelle ingerite.

Oltre ai succhi digestivi, numerosi tessuti possiedono ghiandole mucipare, che producono un liquido abbondante, di variabile viscosità a seconda dei territori anatomici e il cui spessore varia da 0 a 300 micron, al di sotto del glicocalice, direttamente a contatto con le cellule epiteliali.

Il glicocalice , da 10 a 500 nanometri di spessore, contiene degli enzimi digestivi, dei trasportatori e degli zuccheri. Tale struttura detta anche cell coat è rappresentata da un rivestimento glicoproteico (insieme di glicolipidi, glicoproteine e proteoglicani)  e presenta due zone : una zona amorfa a stretto contatto della membrana cellulare, ed una zona esterna morbida e flessibile, di aspetto filiforme, dotata di grande proprietà adesiva, capace di interagire con l’ambiente circostante, e che al microscopio elettronico ha un aspetto di lanuggine sfilacciata.

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Il muco è essenzialmente costituito da acqua, ma contiene delle lunghe proteine fortemente glicosilate della famiglia delle mucine, la cui natura e densità conferisce allo stesso le sue proprie caratteristiche fisiche.

Nell’intestino il muco e il glicocalice permettono la diffusione dei nutrimenti e dei prodotti della digestione ma escludono le macromolecole e i patogeni che non hanno praticamente nessun contatto con la membrana apicale degli enterociti.

Peraltro  solo alcuni rari territori endocitari sono localizzati alla base dei microvilli dell’orletto striato, ciò che limita ancor di più l’eventuale  penetrazione di macromolecole nelle cellule enterocitiche.

La fase acquosa dell’insieme delle secrezioni è, d’altra parte, capace di intrappolare gli antigeni solubili che seguono quindi il destino del liquido che li contiene.


3 - LA MOTILITA' 

Nei territori mucosi vi è una enorme motilità. Questa inizia nella cavità buccale con il ruolo difensivo della produzione di fluido sulculare tra lo smalto dentale e la gengiva, e dell’allontanamento della saliva con ogni deglutizione.

L’apertura intermittente del piloro assicura lo svuotamento gastrico.  Più avanti i movimenti segmentari, ondulatori e peristaltici intestinali assicurano la progressione degli elementi contenuti nel lume verso il retto.

A questi movimenti macroscopici, anche se non sono percettibili, si aggiunge l’agitazione sincrona delle cellule ciliate delle mucosa nasale e bronchiale, impegnate  in permanenza  a far risalire le particelle verso l’orofaringe (trasporto muco-ciliare). Il battito di un singolo cilium assomiglia al movimento di un braccio di un nuotatore a stile libero: si ha un rapido movimento in avanti (A) che lo fa uscire dallo strato più fluido e più prodondo del tappeto mucoso e lo aggancia allo strato più denso, quello più superficiale e più adatto all'intrappolamento delle avrie particelle sopese. In questo modo il tappeto mucoso  viene così spostato, e  poi si ha un lento movimento di ritorno (B)  quando il ciglio si flette e ritorna nella sua posizione iniziale. Le ciglia si muovono sincronicamente in ranghi paralleli  una dopo l'altra formando onde dette metacronictiche.  Tale flusso muco-ciliare è in senso antero-posteriore fino al rinofaringe dove viene deglutito. Questo tappeto mucoso si rinnoverebbe ogni 15 minuti; la velocità media del flusso mucoso nel naso normale è di circa 1 cm al minuto.

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4 - LA FLORA

 

Tutte le mucose, come anche la pelle, possiedono una flora saprofitica endogena che varia a seconda dei territori anatomici. Questi batteri rappresentano una popolazione molto importante.

La flora buccale è valutata in 1010 microorganismi, e varia a seconda che si trovi nella saliva o che sia a contatto con lo smalto dentario.

A livello intestinale, lo stomaco, il duodeno, e il digiuno contengono circa 105 batteri per millilitro; l’ileo rappresenta una zona di transizione progressivamente sempre più popolato fino a raggiungere 1011/ml nel colon. Le specie predominanti sono degli anaerobi; il batterio aerobio più frequente, l’Escherichia coli, a 108/ml , non rappresenta che un millesimo della concentrazione degli aerobi. Si stima che da 400 a 500 specie differenti risiedano nel tubo digestivo, con delle specifiche proporzioni per ciascun individuo e relativamente stabili  nel tempo. Il tutto rappresenta una popolazione di 1014 microorganismi, solo per il tubo digestivo.

I seni paranasali e i tratto respiratorio profondo sono praticamente sterili, ma il nasofaringe comporta una flora abbondante e varia.

La flora vaginale costituisce un microambiente molto particolare, ricco in lattobacilli.

Queste flore, la cui acquisizione debutta al momento del passaggio transvaginale alla nascita, si costituiscono progressivamente in funzione all’ambiente incontrato e formano una barriera protettrice molto efficace.  Esse sono in competizione con i patogeni per l’utilizzazione dei nutrimenti disponibili e producono delle molecole antisettiche specificamente dirette contro alcune specie. Esse vengono costantemente rinnovate e mantenute, nelle condizioni fisiologiche, ad un volume costante.  Vi è dunque in questa  simbiosi  un beneficio reciproco, per l’individuo protetto dalla sua flora e per la flora che vi alberga in un ambiente tollerante, ricco in nutrienti e a temperatura ideale.

 

B -ELEMENTI DI PROTEZIONE SPECIFICI D’ORGANO

 

LA MUCOSA OCULARE

La mucosa oculare è quella che maggiormente e direttamente è esposta all’ambiente esterno. Per questo dispone di un sistema di protezione particolare, adattato al mantenimento della trasparenza della cornea. Il film lacrimale, del volume di 10 microlitri e secreto in ragione di 1-2 microlitri al minuto, realizza una barriera sofisticata, che si rinnova ad ogni battito delle palpebre.  E’ costituita da tre distinti strati.

16_-_0k_-_lacrime572_copiaLo strato mucoso, a contatto diretto con le cellule epiteliali, è capace sia di intrappolare delle particelle e  cellule epiteliali desquamate che saranno eliminate in corso dell’ammiccamento palpebrale, sia di trattenere  le IgA secretorie rinforzando così la protezione specifica dell’occhio.  Poi vi è  uno strato acquoso, dieci volte più spesso, che assicura l’idratazione della cornea ed è ancorato sullo strato mucoso. Questo contiene ugualmente delle molecole ad attività antimicrobica. In superficie, infine, il film lacrimale è ricoperto da uno strato lipidico, che si rinnova e si distribuisce sulla superficie dell’occhio ad ogni battito palpebrale. Di più, in corso di questi molteplici avvenimenti (15-20 volte per minuto) il muco aderisce ai microvilli delle cellule epiteliali e le lacrime vengono spinte verso i canali lacrimali.   Inoltre, la chiusura riflessa o volontaria degli occhi contribuisce alla protezione della mucosa oculare in caso di aggressione.

E’ interessante sottolineare che per assicurare la protezione della mucosa oculare durante il sonno, il fluido lacrimale si arricchisce in lipidi, in IgA e in polinucleati neutrofili, nettamente più abbondanti al risveglio che durante la notte.

Inoltre lo strato lipidico del film lacrimale contiene delle lipocaline, proteine trasportatrici di grassi, che impediscono la penetrazione de grassi cutanei all’interno del fragile film lacrimale. E’ interessante notare come queste molecole, anche se sono di origine animale, contengono dei potenti allergeni.

 

LA MUCOSA AURICOLARE

La mucosa auricolare in contatto con l’ambiente esterno è limitata al condotto uditivo. Il timpano assicura poi una barriera impermeabile. Il timpano è ricoperto da un sottile epitelio cutaneo. Il condotto uditivo è ricoperto da un epitelio che si assottiglia nella regione più vicina al timpano. E’ molto ricco in peli, in ghiandole sebacee e in ghiandole sudoripare particolari (ghiandole ceruminose) che producono il cerume.   I peli costituiscono una barriera meccanica impedendo la penetrazione di particelle.  Il cerume si elimina naturalmente mediante il padiglione, portando con sé detriti e cellule epiteliale desquamate.  Inoltre l’odore di queste secrezioni ha un effetto repulsivo sugli insetti e ciò rappresenta una protezione supplementare.  Inoltre, anche se poco studiato, queste secrezioni sono dotate di attività antimicrobica e antivirale.

 

LA MUCOSA BUCCALE

La mucosa buccale può essere protetta dall’esterno in maniera impermeabile dalla chiusura delle labbra. Tuttavia questa rappresenta anche la porta d’ingresso della maggior parte delle sostanze esterne che arrivano poi al tubo digestivo.

Il contatto con  alimenti e le bevande è generalmente relativamente breve, però la masticazione è necessaria perché gli alimenti solidi possano essere deglutiti e  perché la loro digestione possa essere iniziata  grazie agli enzimi salivari.

Esistono dei luoghi di fragilità come  a livello del solco gengivale per la presenza di  una rottura di continuità dell’epitelio buccale, e a livello della zona di contatto con lo smalto dentario. Questa regione è protetta dalla soffusione permanente di fluido a questo livello (il fluido sulculare prodotto in ragione de 200 microlitri/ora e per dente),   e costituisce il sito di accumulo della placca dentaria .

Una buona igiene buccale è necessaria per mantenere l’impermeabilità gengivale.

 

IL TRATTO RESPIRATORIO SUPERIORE

Le fosse nasali rappresentano una struttura particolarmente adattata alla inalazione di aria senza le particelle che contiene.

Le secrezioni nasali e la presenza di cilia   della mucosa nasale sono state già menzionate.  Bisogna aggiungere qui la presenza di numerosi peli che tappezzano le narice, l’anatomia estremamente complessa dei cornetti e il restringimento possibile dello spazio proposto al flusso aereo per la presenza di struttura erettile.  Le turbolenze dell’aria espirata rappresentano  un mezzo fisico efficace di limitazione alla penetrazione di particelle.  Esse intervengono spontaneamente nel corso della respirazione, ma sono aumentate in modo efficace in presenza di riflessi della starnutazione  e di soffiare il naso.

 

IL TRATTO RESPIRATORIO PROFONDO

La protezione della mucosa è essenzialmente assicurata a livello bronchiale dalle secrezioni mucose e dalle cellule ciliate che captano le macromolecole e le particelle, e le riportano su verso lo snodo  orofaringeo.  A livello del polmone profondo i fattori meccanici legati al diametro progressivamente decrescente dei bronchi, dei bronchioli e le numerose ramificazioni dell’albero bronchiale limitano la penetrazione. Alla fine degli alveoli, i macrofagi specializzati, dotati di una qualche capacità infiammatoria, fagocitano gli elementi arrivati nel fluido della superficie alveolare, e poi li riconducono allo snodo orofaringeo.

La tosse facilita la pulizia bronchiale.

 

IL SISTEMA UROGENITALE

Il sistema urogenitale rappresenta un territorio poco frequentemente in contatto con l’ambiente. L’apparato urinario, avendo essenzialmente una funzione escretiva, viene il più spesso isolato dall’esterno in maniera impermeabile dal meato uretrale. L’urina è normalmente sterile. L’apparato genitale maschile è ugualmente molto isolato dall’esterno. L’apparato genitale  femminile è ben protetto contro la penetrazione d’antigeni ambientali per mezzo della sua struttura anatomica e dalla sua particolare flora.

 

fonti documentali: alla fine del prossimo lavoro 3B