stringtranslate.com

Мукоцилиарный клиренс

Мукоцилиарный клиренс ( MCC ), мукоцилиарный транспорт или мукоцилиарный эскалатор описывает механизм самоочищения дыхательных путей в дыхательной системе . [1] Это один из двух защитных процессов для легких при удалении вдыхаемых частиц , включая патогены, прежде чем они достигнут нежной ткани легких. Другой механизм очищения обеспечивается кашлевым рефлексом . [2] Мукоцилиарный клиренс играет важную роль в гигиене легких .

Эффективность MCC зависит от правильных свойств жидкости , вырабатываемой на поверхности дыхательных путей, как перицилиарного слоя золя , так и вышележащего слоя геля слизи , а также от количества и качества ресничек, присутствующих в слизистой оболочке дыхательных путей . [3] Важным фактором является скорость секреции муцина . Ионные каналы CFTR и ENaC работают вместе, поддерживая необходимую гидратацию жидкости на поверхности дыхательных путей. [4]

Любое нарушение в строго регулируемом функционировании ресничек может вызвать заболевание. Нарушения в структурном формировании ресничек могут вызвать ряд цилиопатий , в частности первичную цилиарную дискинезию . [5] Воздействие сигаретного дыма может вызвать укорочение ресничек. [6]

Функция

В верхней части дыхательных путей носовые волосы в ноздрях улавливают крупные частицы, и рефлекс чихания также может быть вызван для их выталкивания. Слизистая оболочка носа также улавливает частицы, предотвращая их дальнейшее проникновение в тракт. В остальной части дыхательных путей частицы разных размеров оседают вдоль разных частей дыхательных путей. Более крупные частицы оседают выше в крупных бронхах . По мере того, как дыхательные пути становятся уже, могут пройти только более мелкие частицы. Разветвления дыхательных путей вызывают турбулентность в воздушном потоке во всех их соединениях, где частицы затем могут оседать, и они никогда не достигают альвеол . Только очень мелкие патогены могут проникнуть в альвеолы. Мукоцилиарный клиренс функционирует для удаления этих частиц, а также для улавливания и удаления патогенов из дыхательных путей, чтобы защитить нежную паренхиму легких, а также обеспечить защиту и влажность дыхательных путей. [2]

В легочной элиминации также принимает участие мукоцилиарный клиренс , который с выдохом удаляет вещества, выделяемые из легочных капилляров, в альвеолярное пространство. [7]

Сканирующая электронная микрофотография ресничек, выступающих из респираторного эпителия трахеи и участвующих в мукоцилиарном клиренсе.

Компоненты

В дыхательных путях , от трахеи до терминальных бронхиол , выстилка состоит из респираторного эпителия, который является мерцательным . [8] Реснички представляют собой волосовидные, микротрубчатые структуры на люминальной поверхности эпителия . На каждой эпителиальной клетке находится около 200 ресничек, которые постоянно бьются со скоростью от 10 до 20 раз в секунду.

Реснички окружены перицилиарным жидким слоем (PCL), слоем золя , который покрыт гелем слизи . [9] Эти два компонента составляют эпителиальную выстилающую жидкость (ELF), также известную как жидкость поверхности дыхательных путей (ASL), состав которой строго регулируется. Ионные каналы CFTR и ENaC работают вместе, чтобы поддерживать необходимую гидратацию жидкости поверхности дыхательных путей. [10] Важным фактором является скорость секреции муцина . Слизь помогает поддерживать эпителиальную влажность и задерживает твердые частицы и патогены , перемещающиеся по дыхательным путям, а ее состав определяет, насколько хорошо работает мукоцилиарный клиренс. [11] [12]

Механизм

Внутри тонкого перицилиарного слоя жидкости реснички бьют скоординированно, направляясь к глотке, где транспортируемая слизь либо проглатывается, либо выкашливается. Это движение к глотке происходит либо вверх от нижних дыхательных путей, либо вниз от носовых структур, очищая слизь, которая постоянно вырабатывается. [8]

Каждая ресничка имеет длину около 7 мкм [13] и закреплена у своего основания. Ее удар состоит из двух частей: рабочего хода, или эффекторного хода, и восстановительного хода. [14] [15] Движение ресничек происходит в перицилиарной жидкости, глубина которой немного короче высоты вытянутой реснички. Это позволяет ресничкам проникать в слизистый слой во время ее полного расширения в эффекторном ходе и выталкивать слизь направленно, от поверхности клетки. [14] [16] Во время восстановительного хода ресничка изгибается от одного конца к другому, возвращаясь в исходную точку для следующего рабочего хода. [16] Возвращающиеся реснички изгибаются, чтобы полностью погрузиться в PCL, что приводит к уменьшению обратного движения слизи. [14]

Движение ресничек в метахрональной волне.

Координированное движение ресничек на всех клетках осуществляется неясным образом. Это производит волнообразные движения, которые в трахее движутся со скоростью от 6 до 20 мм в минуту. [2] Производимая волна является метахрональной волной , которая перемещает слизь. [5] Было разработано много математических моделей для изучения механизмов биения ресничек. К ним относятся модели для понимания генерации и ритма метахрональной волны, а также генерации силы при эффективном ударе реснички. [14]

Клиническое значение

Накопление слизи в дыхательных путях в результате нарушения мукоцилиарного клиренса, что может сопровождаться гиперсекрецией слизи.

Эффективность мукоцилиарного клиренса зависит от ряда факторов, включая количество ресничек и их структуру, в частности их высоту, а также качество вырабатываемой слизи, которую необходимо поддерживать при правильной влажности , температуре и кислотности .

Реснички должны иметь возможность свободно перемещаться в перицилиарном слое жидкости, и когда это нарушается из-за повреждения ресничек или дисбаланса влажности или pH PCL, слизь не может быть должным образом очищена из дыхательных путей. Муковисцидоз является следствием дисбаланса в PCL. [9] Накопленная слизь, помимо того, что вызывает различную степень обструкции воздушного потока, создает питательную среду для бактерий, которые вызывают многие респираторные инфекции, которые могут серьезно ухудшить существующие заболевания легких. Обструктивные заболевания легких часто возникают из-за нарушения мукоцилиарного клиренса, которое может быть связано с гиперсекрецией слизи , и их иногда называют мукообструктивными заболеваниями легких . [12] Исследования показали, что обезвоживания жидкости на поверхности дыхательных путей достаточно, чтобы вызвать обструкцию слизью, даже если нет никаких доказательств гиперсекреции слизи. [17]

Влажность

Высокая влажность усиливает мукоцилиарный клиренс. В одном исследовании на собаках было обнаружено, что транспорт слизи был ниже при абсолютной влажности 9 г воды/м 3 , чем при 30 г воды/м 3 . [18] Два метода поддержки этого, особенно при искусственной вентиляции легких , обеспечиваются активными и пассивными увлажнителями дыхательного газа .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Antunes, MB; Cohen, NA (февраль 2007 г.). «Мукоцилиарный клиренс — критический механизм защиты верхних дыхательных путей и методы оценки». Current Opinion in Allergy and Clinical Immunology . 7 (1): 5–10. doi :10.1097/aci.0b013e3280114eef. PMID  17218804. S2CID  9551913.
  2. ^ abc Weinberger, Steven (2019). Principles of Pulmonary Medicine . Elsevier. стр. 286–287. ISBN 9780323523714.
  3. ^ Widdicombe, J (октябрь 2002 г.). «Регулирование глубины и состава жидкости на поверхности дыхательных путей». Журнал анатомии . 201 (4): 313–318. doi :10.1046/j.1469-7580.2002.00098.x. PMC 1570918. PMID  12430955 . 
  4. ^ Ghosh, A (октябрь 2015 г.). «Гидратация дыхательных путей и ХОБЛ». Cellular and Molecular Life Sciences . 72 (19): 3637–52. doi :10.1007/s00018-015-1946-7. PMC 4567929 . PMID  26068443. 
  5. ^ ab Horani, A; Ferkol, T (сентябрь 2018 г.). «Достижения в генетике первичной цилиарной дискинезии: клинические последствия». Chest . 154 (3): 645–652. doi :10.1016/j.chest.2018.05.007. PMC 6130327 . PMID  29800551. 
  6. ^ De Rose, V (апрель 2018 г.). «Дисфункция эпителия дыхательных путей при муковисцидозе и ХОБЛ». Медиаторы воспаления . 8 : 1309746. doi : 10.1155/2018/1309746 . PMC 5911336. PMID  29849481 . 
  7. ^ "Легочная элиминация". mesh.nlm.nih.gov . Получено 26 сентября 2019 г. .
  8. ^ ab Hall, John (2011). Гайтон и Холл Медицинская физиология . Saunders. стр. 473. ISBN 9781416045748.
  9. ^ ab Derichs, Nico (июль 2011 г.). «Гипервязкие слои перицилиарной и слизистой жидкости дыхательных путей при муковисцидозе, измеренные с помощью конфокального флуоресцентного фотообесцвечивания». FASEB Journal . 25 (7): 2325–2332. doi : 10.1096/fj.10-179549 . PMC 3114535 . PMID  21427214. 
  10. ^ Ghosh, A (октябрь 2015 г.). «Гидратация дыхательных путей и ХОБЛ». Cellular and Molecular Life Sciences . 72 (19): 3637–52. doi :10.1007/s00018-015-1946-7. PMC 4567929 . PMID  26068443. 
  11. ^ Станке, Ф. (2015). «Вклад эпителиальных клеток дыхательных путей в защиту хозяина». Медиаторы воспаления . 2015 : 463016. doi : 10.1155/2015/463016 . PMC 4491388. PMID  26185361 . 
  12. ^ ab Льюис, Брэндон; Патиал, Соника (июль 2019 г.). «Иммунопатология болезни обезвоживания поверхностной жидкости дыхательных путей». Журнал исследований иммунологии . 2019 : 2180409. doi : 10.1155/2019/2180409 . PMC 6664684. PMID  31396541 . 
  13. ^ Fahy, John; Dickey, Burton (декабрь 2010 г.). «Функция и дисфункция слизи дыхательных путей». The New England Journal of Medicine . 363 (23): 2233–2247. doi :10.1056/NEJMra0910061. PMC 4048736. PMID 21121836  . 
  14. ^ abcd Xu, L; Jiang, Y (июль 2019 г.). «Математическое моделирование мукоцилиарного клиренса: мини-обзор». Cells . 8 (7): 736. doi : 10.3390/cells8070736 . PMC 6678682 . PMID  31323757. 
  15. ^ Wan, KY (7 декабря 2018 г.). «Координация эукариотических ресничек и жгутиков». Essays in Biochemistry . 62 (6): 829–838. doi :10.1042/EBC20180029. PMC 6281475. PMID  30464007 . 
  16. ^ ab Benjamin Lewin (2007). Клетки. Jones & Bartlett Learning. стр. 357. ISBN 978-0-7637-3905-8. Получено 28 августа 2019 г. .
  17. ^ Mall, M (апрель 2016 г.). «Unplugging Mucus in Cystic Fibrosis and Chronic Obstructive Pulmonary Disease». Annals of the American Thoracic Society . 13 : S177-85. doi :10.1513/AnnalsATS.201509-641KV (неактивен 2024-09-13). PMID  27115954.{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на сентябрь 2024 г. ( ссылка )
  18. ^ Питерс, А; Ханеком, С.Д. (2018). «Критерии улучшения транспорта слизи: систематический обзор». Многопрофильная респираторная медицина . 13 : 22. doi : 10.1186/s40248-018-0127-6 . PMC 6034335. PMID  29988934 . 

Внешние ссылки