Come funziona la clearance mucociliare: rimozione e rimozione del muco

Il tratto respiratorio è esposto quotidianamente a patogeni virali e batterici, particolato e materiale gassoso con la costante minaccia di infiammazione e infezione delle vie aeree (Bustamante-Marin & Ostrowski, 2017). Il sistema respiratorio utilizza diversi meccanismi di difesa contro i patogeni inalati e il particolato tra cui la rimozione della tosse, le barriere anatomiche, i cambiamenti aerodinamici e i meccanismi immunitari, ma la prima linea di difesa dei polmoni è la clearance mucociliare (MCC; Bustamante-Marin & Ostrowski, 2017) .

Il MCC è composto da uno strato superficiale delle vie aeree (ASL) e da strutture simili a capelli chiamate ciglia. L'ASL ha due componenti: uno strato di muco che intrappola le particelle estranee inalate e gli agenti patogeni e uno strato periciliare a bassa viscosità (PCL) che mantiene l'umidità delle superfici delle vie aeree e promuove il battito ciliare ritmico per un'efficace eliminazione del muco (Bustamante-Marin & Ostrowski, 2017). In salute, il battito ritmico sincronizzato delle ciglia trasporta continuamente il muco con le particelle estranee e/o l'agente patogeno verso la faringe dove viene ingerito o espettorato (Jing et al., 2017). La funzione anormale delle ciglia può portare a un MCC povero, che è associato a varie malattie respiratorie, come la broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO), la fibrosi cistica, la sinusite e le infezioni respiratorie croniche (Jing et al., 2017).

L'anatomia e la fisiologia relative alla clearance mucociliare (eliminazione e rimozione del muco attraverso il movimento delle ciglia)

Il sistema respiratorio si divide in vie respiratorie superiori o vie aeree superiori e vie respiratorie inferiori o vie aeree inferiori. Le vie aeree superiori comprendono il naso e le vie nasali, i seni paranasali, la cavità orale, la faringe e la porzione della laringe al di sopra delle corde vocali, mentre le vie aeree inferiori sono ulteriormente suddivise in zona di conduzione e zona respiratoria. La zona di conduzione è formata dalla porzione della laringe sotto le corde vocali, la trachea e all'interno dei polmoni, i bronchi, i bronchioli e la zona respiratoria sono formate dai bronchioli respiratori, dai dotti alveolari e dagli alveoli. La percentuale di cellule ciliate delle vie aeree aumenta da circa il 47% nella trachea al 73% nell'epitelio delle piccole vie aeree (bronchioli respiratori) (Tilley et al., 2015).

Le ciglia sono presenti sulle cellule epiteliali che rivestono il tratto respiratorio (Munkholm & Mortensen, 2014). Le ciglia sono proiezioni mobili simili a peli che sono lunghe circa 6µm e hanno un diametro di 250 nm (Munkholm & Mortensen, 2014). Le ciglia delle vie aeree battono in modo coordinato a bassa frequenza (10-20 Hz) che si traduce in onde metacronali (Bustamante-Marin & Ostrowski, 2017; Tilley et al., 2015). Le onde viaggiano attraverso l'epitelio, spingendo il muco sovrastante verso l'alto verso la faringe per essere inghiottito (Bustamante-Marin & Ostrowski, 2017).

Oltre alle cellule ciliate, nelle vie aeree sono presenti cellule secretorie che generano un gel deformabile, noto come muco (Munkholm & Mortensen, 2014). Nelle vie aeree sane, il muco viene sollevato dalle ciglia dal PCL, che è uno strato liquido periciliare a bassa viscosità che impedisce al muco di aderire alla membrana apicale epiteliale, consentendo alle ciglia di battere rapidamente (Munkholm & Mortensen, 2014) .

Il sistema respiratorio inizia a formarsi intorno alla quarta settimana di gestazione in cui l'endoderma forma l'epitelio e le ghiandole della laringe, della trachea, dei bronchi e dell'epitelio del rivestimento polmonare (Bustamante-Marin & Ostrowski, 2017). Dopo la nascita, gli alveoli aumentano di numero fino a raggiungere la fascia adulta di 300 milioni entro i 2 anni di età (Bustamante-Marin & Ostrowski, 2017). Le vie aeree, invece, non aumentano di numero e le cellule ciliate delle vie aeree sono incapaci di autorinnovarsi (Bustamante-Marin & Ostrowski, 2017; Tilley et al., 2015).

Effetti avversi del fumo sulla clearance mucociliare (eliminazione e rimozione del muco attraverso il movimento delle ciglia)

I fumatori sono a maggior rischio di malattie respiratorie, come infezioni del tratto respiratorio e BPCO. Diversi studi hanno dimostrato che il fumo di sigaretta causa un meccanismo MCC inefficiente secondario a quanto segue:

  1. Frequenza del battito delle ciglia ridotta
  2. Interruzione delle onde metacronali
  3. Diminuzione del numero di cellule ciliate
  4. Cambiamenti nella struttura delle ciglia, come le ciglia fuse e la lunghezza delle ciglia più corta (Leopold et al., 2009).

La diminuzione del numero di cellule ciliate, la ridotta frequenza del battito delle ciglia e i cambiamenti nella coordinazione intercellulare delle onde metacronali sono associati alla diminuzione dell'efficienza del MCC correlata al fumo (Leopold et al., 2009). L'altezza delle ciglia dei fumatori risulta essere inferiore del 10% rispetto ai non fumatori (Leopold et al., 2009). L'altezza dell'ASL è costante, ma l'altezza delle ciglia nei fumatori è ridotta, diminuendo l'interazione tra ciglia e muco nella corsa in avanti (Leopold et al., 2009). Questi meccanismi contribuiscono alla disfunzione del MCC indotta dal fumo.

Effetti avversi dell'inquinamento atmosferico sulla clearance mucociliare (eliminazione e rimozione del muco attraverso il movimento delle cilia)

Diversi studi hanno dimostrato un forte legame tra inquinanti atmosferici e malattie respiratorie croniche. L'esposizione agli inquinanti atmosferici compromette la formazione di nuove ciglia. Uno studio recente ha mostrato che gli inquinanti atmosferici, come i gas di scarico dei veicoli e le polveri occupazionali, contengono agonisti tossicologici che si legano ai recettori degli idrocarburi arilici (AhR; Crotta et al., 2016). AhR funziona come un fattore di trascrizione necessario per la formazione di cellule multiciliate e la disintossicazione (Crotta et al., 2016). La presenza di inquinanti atmosferici nelle vie aeree fa sì che AhR distolga la sua attenzione dalla formazione di nuove ciglia per avviare un processo di disintossicazione (Crotta et al., 2016).

La diversione di AhR compromette la formazione di nuove ciglia, portando a una riduzione del numero di ciglia nell'epitelio delle vie aeree (Crotta et al., 2016). Un minor numero di ciglia porta a una clearance mucociliare inefficiente di agenti patogeni e particelle dalle vie aeree, con conseguente malattie respiratorie (Crotta et al., 2016). È molto probabile che i bambini piccoli siano soggetti agli effetti della ciliogenesi alterata mediata da AhR, poiché questa disregolazione si verifica prevalentemente durante la prima fase dello sviluppo (Crotta et al., 2016).

Disfunzione delle ciglia nella discinesia ciliare primaria

La discinesia ciliare primaria (PCD) è una malattia autosomica recessiva delle ciglia mobili. I pazienti con PCD hanno motilità ciliare ma MCC inefficace (Tilley et al., 2015). La PCD è associata a una ridotta frequenza del battito delle ciglia e alla forma d'onda delle ciglia discinetiche, contribuendo a un MCC inefficace (Tilley et al., 2015). Le manifestazioni cliniche della PCD comprendono congestione nasale, sinusite cronica, infezioni ricorrenti del tratto respiratorio inferiore, bronchiectasie, disturbi respiratori neonatali nei neonati, otite media cronica, perdita transitoria dell'udito/ritardi del linguaggio, infertilità maschile e difetti nella lateralità degli organi (50% dei casi ) (Tilley et al., 2015). Le malattie respiratorie nella PCD sono causate da MCC difettoso e peggiorano nel tempo, secondariamente a ripetute infezioni del tratto respiratorio (Tilley et al., 2015).

Liquidazione mucociliare assistita dall'OPEP (eliminazione e rimozione del muco attraverso il movimento delle ciglia)

Qualsiasi carenza nel meccanismo di clearance mucociliare è associata a malattie respiratorie, come asma, BPCO, fibrosi cistica, sinusite, bronchiectasie e infezioni croniche del tratto respiratorio. L'uso di tecniche terapeutiche che aiuterebbero a migliorare la funzione del MCC è vantaggioso per i pazienti con malattie respiratorie, i fumatori e gli individui cronicamente esposti all'inquinamento atmosferico.

Il dispositivo AirPhysio® è un dispositivo portatile che utilizza la pressione espiratoria positiva oscillante (OPEC) terapia, che migliora efficacemente la funzione del MCC e libera le secrezioni delle vie aeree negli individui con malattie respiratorie, nonché nei fumatori e in quelli con esposizione prolungata all'inquinamento atmosferico. L'OPEP riduce la viscoelasticità del muco e rende la mobilizzazione del muco lungo le vie aeree più facile da ingerire o espellere con la tosse (Myers, 2007). AirPhysio® riduce l'accumulo di muco nelle vie aeree, il che può aiutare a migliorare la funzione polmonare e la qualità della vita correlata alla salute.

Ultimo aggiornamento il 14 gennaio 2022 da Mark

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