Как работает мукоцилиарный клиренс - очищение и удаление слизи

Дыхательные пути ежедневно подвергаются воздействию вирусных и бактериальных патогенов, твердых частиц и газообразных веществ с постоянной угрозой воспаления и инфекции дыхательных путей (Bustamante-Marin & Ostrowski, 2017). Дыхательная система использует несколько защитных механизмов против вдыхаемых патогенов и твердых частиц, включая очищение от кашля, анатомические барьеры, аэродинамические изменения и иммунные механизмы, но первая линия защиты легких - это мукоцилиарный клиренс (MCC; Bustamante-Marin & Ostrowski, 2017) .

MCC состоит из поверхностного слоя дыхательных путей (ASL) и волосоподобных структур, называемых ресничками. ASL состоит из двух компонентов - слоя слизи, задерживающего вдыхаемые инородные частицы и патогены, и перицилиарного слоя с низкой вязкостью (PCL), который поддерживает влажность поверхностей дыхательных путей и способствует ритмичному биению ресничек для эффективного очищения от слизи (Bustamante-Marin & Ostrowski, 2017). В здоровом состоянии синхронизированное ритмическое биение ресничек непрерывно переносит слизь с инородными частицами и / или патогеном в глотку, где она либо проглатывается, либо отхаркивается (Jing et al., 2017). Аномальная функция ресничек может привести к снижению МКР, что связано с различными респираторными заболеваниями, такими как хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), муковисцидоз, синусит и хронические респираторные инфекции (Jing et al., 2017).

Анатомия и физиология, связанные с мукоцилиарной очисткой (очистка и удаление слизи с помощью движения ресничек)

Дыхательная система делится на верхние дыхательные пути или верхние дыхательные пути и нижние дыхательные пути или нижние дыхательные пути. Верхние дыхательные пути включают нос и носовые проходы, придаточные пазухи носа, ротовую полость, глотку и часть гортани над голосовыми связками, а нижние дыхательные пути далее делятся на проводящую зону и респираторную зону. Проводящая зона образована частью гортани ниже голосовых связок, трахеи, а в легких бронхи, бронхиолы, а респираторная зона образована респираторными бронхиолами, альвеолярными протоками и альвеолами. Доля реснитчатых клеток дыхательных путей увеличивается с примерно 47% в трахее до 73% в эпителии малых дыхательных путей (респираторные бронхиолы) (Tilley et al., 2015).

Реснички присутствуют на эпителиальных клетках, выстилающих дыхательные пути (Munkholm & Mortensen, 2014). Реснички представляют собой подвижные волоскоподобные выступы длиной примерно 6 мкм и диаметром 250 нм (Munkholm & Mortensen, 2014). Реснички дыхательных путей скоординированно сокращаются на низкой частоте (10-20 Гц), что приводит к метахрональным волнам (Bustamante-Marin & Ostrowski, 2017; Tilley et al., 2015). Волны проходят через эпителий, выталкивая покрывающую слизь вверх по направлению к глотке, чтобы ее проглотить (Bustamante-Marin & Ostrowski, 2017).

Помимо реснитчатых клеток в дыхательных путях присутствуют секреторные клетки, которые генерируют деформируемый гель, известный как слизь (Munkholm & Mortensen, 2014). В здоровых дыхательных путях слизь отводится от ресничек с помощью PCL, который представляет собой перицилиарный жидкий слой с низкой вязкостью, который предотвращает прилипание слизи к эпителиальной апикальной мембране, позволяя ресничкам быстро биться (Munkholm & Mortensen, 2014). .

Дыхательная система начинает формироваться примерно на четвертой неделе беременности, при этом энтодерма образует эпителий и железы гортани, трахеи, бронхов и эпителия выстилки легких (Bustamante-Marin & Ostrowski, 2017). После рождения количество альвеол увеличивается и к 300 годам достигает 2 миллионов взрослых особей (Bustamante-Marin & Ostrowski, 2017). С другой стороны, количество дыхательных путей не увеличивается, а реснитчатые клетки дыхательных путей неспособны к самообновлению (Bustamante-Marin & Ostrowski, 2017; Tilley et al., 2015).

Неблагоприятные эффекты курения на мукоцилиарный клиренс (клиренс и удаление слизи за счет движения ресничек)

Курильщики подвержены повышенному риску респираторных заболеваний, таких как инфекции дыхательных путей и ХОБЛ. Несколько исследований показали, что сигаретный дым вызывает неэффективный механизм МКЦ, вторичный по отношению к следующему:

  1. Уменьшение частоты биений ресничек
  2. Нарушение метахрональных волн
  3. Уменьшение количества реснитчатых клеток
  4. Изменения в структуре ресничек, такие как слившиеся реснички и более короткая длина ресничек (Leopold et al., 2009).

Уменьшение количества ресничных клеток, снижение частоты биений ресничек и изменения межклеточной координации метахрональных волн связаны с связанным с курением снижением эффективности MCC (Leopold et al., 2009). Высота ресничек у курильщиков на 10% короче, чем у некурящих (Leopold et al., 2009). Высота ASL постоянна, но высота ресничек у курильщиков снижена, уменьшая взаимодействие между ресничками и слизью при движении вперед (Leopold et al., 2009). Эти механизмы способствуют индуцированной курением дисфункции МКР.

Неблагоприятное влияние загрязнения воздуха на мукоцилиарный клиренс (очищение и удаление слизи за счет движения ресничек)

Несколько исследований показали тесную связь между загрязнителями воздуха и хроническими респираторными заболеваниями. Воздействие загрязнителей воздуха ухудшает образование новых ресничек. Недавнее исследование показало, что загрязнители воздуха, такие как выхлопные газы автомобилей и профессиональная пыль, содержат токсикологические агонисты, которые связываются с рецепторами арилуглеводородов (AhR; Crotta et al., 2016). AhR действует как фактор транскрипции, который необходим для образования мультицилифицированных клеток и детоксикации (Crotta et al., 2016). Присутствие загрязнителей воздуха в дыхательных путях запускает AhR, чтобы отвлечь свое внимание от формирования новых ресничек, чтобы инициировать процесс детоксикации (Crotta et al., 2016).

Отклонение AhR нарушает образование новых ресничек, что ведет к уменьшению количества ресничек в эпителии дыхательных путей (Crotta et al., 2016). Меньшее количество ресничек приводит к неэффективному мукоцилиарному удалению патогенов и частиц из дыхательных путей, что приводит к респираторным заболеваниям (Crotta et al., 2016). Наиболее вероятно, что младенцы раннего возраста подвергаются воздействию нарушенного AhR-опосредованного цилиогенеза, поскольку это нарушение регуляции преимущественно происходит на ранней фазе развития (Crotta et al., 2016).

Дисфункция ресничек при первичной цилиарной дискинезии

Первичная цилиарная дискинезия (ПЦД) - аутосомно-рецессивное заболевание подвижных ресничек. Пациенты с PCD имеют перистальтику ресничек, но неэффективны MCC (Tilley et al., 2015). PCD ассоциируется с уменьшением частоты биений ресничек и дискинетической формы волны ресничек, что способствует неэффективному MCC (Tilley et al., 2015). Клинические проявления PCD включают заложенность носа, хронический синусит, рецидивирующие инфекции нижних дыхательных путей, бронхоэктазы, неонатальные респираторные заболевания у новорожденных, хронический средний отит, преходящую потерю слуха / задержку речи, мужское бесплодие и дефекты латеральности органов (50% случаев). ) (Tilley et al., 2015). Респираторные заболевания при PCD вызываются дефектным MCC и со временем ухудшаются вследствие повторных инфекций дыхательных путей (Tilley et al., 2015).

Мукоцилиарная очистка с помощью OPEP (очистка и удаление слизи с помощью движения ресничек)

Любой дефицит механизма мукоцилиарного клиренса связан с респираторными заболеваниями, такими как астма, ХОБЛ, муковисцидоз, синусит, бронхоэктазы и хронические инфекции дыхательных путей. Использование терапевтических методов, которые помогут улучшить функцию MCC, полезно для пациентов с респираторными заболеваниями, курильщиков и людей, которые хронически подвергаются загрязнению воздуха.

Устройство AirPhysio® - это портативное устройство, в котором используется колеблющееся положительное давление на выдохе (ОПЕК) терапия, которая эффективно усиливает функцию МКК и очищает дыхательные пути у людей с респираторными заболеваниями, а также у курильщиков и лиц с длительным воздействием загрязненного воздуха. OPEP снижает вязкоупругость слизи и облегчает мобилизацию слизи по дыхательным путям, которую можно проглотить или кашлять (Myers, 2007). AirPhysio® уменьшает накопление слизи в дыхательных путях, что может помочь улучшить функцию легких и улучшить качество жизни, связанное со здоровьем.

Последнее обновление: 14 января 2022 г., автор: Отметьте

Осавард