Мукоцилиарный клиренс
| Мукоцилиарный клиренс | |
|---|---|
 Мерцательный эпителий бронхов с короткими микроворсинками на нереснитчатых клетках. | |
| Подробности | |
| Система | Дыхательная система |
| Идентификаторы | |
| МеШ | D009079 |
| Анатомическая терминология | |
Мукоцилиарный клиренс ( MCC ), мукоцилиарный транспорт или мукоцилиарный эскалатор описывает механизм самоочищения дыхательных путей в дыхательной системе . [ 1 ] Это один из двух защитных процессов легких, направленных на удаление вдыхаемых частиц , включая патогены, прежде чем они смогут достичь нежной ткани легких. Другой механизм очистки обеспечивается кашлевым рефлексом . [ 2 ] Мукоцилиарный клиренс играет важную роль в легочной гигиене .
Эффективность MCC зависит от правильных свойств вырабатываемой жидкости 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 четко регулируемого функционирования ресничек может вызвать заболевание. Нарушения структурного формирования ресничек могут вызывать ряд цилиопатий , в частности первичную цилиарную дискинезию . [ 5 ] Воздействие сигаретного дыма может вызвать укорочение ресничек. [ 6 ]
Функция
[ редактировать ]В верхней части дыхательных путей волосы в ноздрях задерживают крупные частицы, и чихательный рефлекс для их изгнания также может срабатывать . Слизистая оболочка носа также задерживает частицы, предотвращая их дальнейшее проникновение в тракт. В остальных отделах дыхательных путей частицы разного размера откладываются в разных частях дыхательных путей. Более крупные частицы задерживаются выше в более крупных бронхах . Поскольку дыхательные пути становятся уже, через них могут проходить только более мелкие частицы. Разветвления дыхательных путей вызывают турбулентность воздушного потока во всех их соединениях, где частицы могут затем откладываться и никогда не достигать альвеол . Только очень мелкие патогены могут проникнуть в альвеолы. Функция мукоцилиарного клиренса заключается в удалении этих частиц, а также в улавливании и удалении болезнетворных микроорганизмов из дыхательных путей, чтобы защитить нежную паренхиму легких, а также обеспечить защиту и увлажнение дыхательных путей. [ 2 ]
принимает участие и мукоцилиарный клиренс В легочной элиминации , который с выдохом удаляет вещества, выделяемые из легочных капилляров, в альвеолярное пространство. [ 7 ]
Компоненты
[ редактировать ]Дыхательные пути , от трахеи до терминальных бронхиол , выстланы респираторным эпителием реснитчатым , . [ 8 ] Реснички представляют собой волосообразные структуры на основе микротрубочек на просветной поверхности эпителия . На каждой эпителиальной клетке имеется около 200 ресничек, которые постоянно бьются со скоростью от 10 до 20 раз в секунду.
Реснички слизи окружены слоем перицилиарной жидкости (PCL), слоем золя который перекрывается гелевым слоем . , [ 9 ] Эти два компонента составляют жидкость эпителиальной оболочки (ELF), также известную как жидкость поверхности дыхательных путей (ASL), состав которой строго регулируется. Ионные каналы CFTR и ENaC работают вместе, поддерживая необходимую гидратацию жидкости на поверхности дыхательных путей. [ 10 ] Важным фактором является скорость секреции муцина . Слизь помогает поддерживать влажность эпителия и задерживает твердые частицы и патогены, перемещающиеся по дыхательным путям, а ее состав определяет, насколько хорошо работает мукоцилиарный клиренс. [ 11 ] [ 12 ]
Механизм
[ редактировать ]Внутри тонкого слоя перицилиарной жидкости реснички скоординированно бьются, направляясь к глотке, где транспортируемая слизь либо заглатывается, либо откашливается. Это движение к глотке происходит либо вверх от нижних дыхательных путей, либо вниз от структур носа, очищающих постоянно вырабатываемую слизь. [ 8 ]
каждой реснички составляет около 7 мкм . Длина [ 13 ] и фиксируется у его основания. Его ритм состоит из двух частей: рабочего хода, или эффекторного хода, и восстановительного хода. [ 14 ] [ 15 ] Движение ресничек происходит в перицилиарной жидкости, глубина которой несколько короче высоты вытянутой реснички. Это позволяет ресничкам проникать в слизистый слой во время его полного растяжения при эффекторном ударе и выталкивать слизь в направлении от поверхности клетки. [ 14 ] [ 16 ] При восстановительном ударе ресничка изгибается от одного конца к другому, возвращая ее в исходную точку для следующего рабочего удара. [ 16 ] Возвращающиеся реснички изгибаются и полностью погружаются в ПКС, что приводит к уменьшению обратного движения слизи. [ 14 ]
Согласованное движение ресничек на всех клетках осуществляется неясным образом. Это вызывает волнообразные движения, которые в трахее движутся со скоростью от 6 до 20 мм в минуту. [ 2 ] Возникающая волна представляет собой метахрональную волну , которая перемещает слизь. [ 5 ] множество математических моделей Для изучения механизмов биения ресничек разработано . К ним относятся модели, позволяющие понять генерацию и ритм метахрональной волны, а также генерацию силы при эффективном ударе реснички. [ 14 ]
Клиническое значение
[ редактировать ]
Эффективный мукоцилиарный клиренс зависит от ряда факторов, включая количество ресничек и их структуру, особенно их высоту, а также качество вырабатываемой слизи, которую необходимо поддерживать при правильной влажности , температуре и кислотности .
Реснички должны иметь возможность свободно перемещаться в слое перицилиарной жидкости, и когда это нарушается из-за повреждения ресничек или дисбаланса влажности или pH PCL, слизь не может быть должным образом удалена из дыхательных путей. Муковисцидоз является следствием дисбаланса PCL. [ 9 ] Накопленная слизь не только вызывает различную степень обструкции дыхательных путей, но и создает питательную среду для бактерий, вызывающих многие респираторные инфекции, которые могут серьезно усугубить существующие заболевания легких. Обструктивные заболевания легких часто возникают в результате нарушения мукоцилиарного клиренса, что может быть связано с гиперсекрецией слизи , и их иногда называют мукообструктивными заболеваниями легких . [ 12 ] Исследования показали, что обезвоживания поверхностной жидкости дыхательных путей достаточно, чтобы вызвать обструкцию слизи, даже если нет признаков гиперсекреции слизи. [ 17 ]
Влажность
[ редактировать ]Высокая влажность усиливает мукоцилиарный клиренс. Одно исследование на собаках показало, что перенос 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 дыхательных газов .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Антунес, МБ; Коэн, Н.А. (февраль 2007 г.). «Мукоцилиарный клиренс - критический механизм защиты хозяина верхних дыхательных путей и методы оценки». Современное мнение в области аллергии и клинической иммунологии . 7 (1): 5–10. doi : 10.1097/aci.0b013e3280114eef . ПМИД 17218804 . S2CID 9551913 .
- ^ Jump up to: а б с Вайнбергер, Стивен (2019). Принципы легочной медицины . Эльзевир. стр. 286–287. ISBN 9780323523714 .
- ^ Виддикомб, Дж. (октябрь 2002 г.). «Регуляция глубины и состава поверхностной жидкости дыхательных путей» . Журнал анатомии . 201 (4): 313–318. дои : 10.1046/j.1469-7580.2002.00098.x . ПМК 1570918 . ПМИД 12430955 .
- ^ Гош, А. (октябрь 2015 г.). «Гидратация дыхательных путей и ХОБЛ» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 72 (19): 3637–52. дои : 10.1007/s00018-015-1946-7 . ПМЦ 4567929 . ПМИД 26068443 .
- ^ Jump up to: а б Хорани, А; Феркол, Т (сентябрь 2018 г.). «Достижения в генетике первичной цилиарной дискинезии: клинические последствия» . Грудь . 154 (3): 645–652. дои : 10.1016/j.chest.2018.05.007 . ПМК 6130327 . ПМИД 29800551 .
- ^ Де Роуз, В. (апрель 2018 г.). «Дисфункция эпителия дыхательных путей при муковисцидозе и ХОБЛ» . Медиаторы воспаления . 8 : 1309746. дои : 10.1155/2018/1309746 . ПМЦ 5911336 . ПМИД 29849481 .
- ^ «Легочная элиминация» . mesh.nlm.nih.gov . Проверено 26 сентября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б Холл, Джон (2011). Медицинская физиология Гайтона и Холла . Сондерс. п. 473. ИСБН 9781416045748 .
- ^ Jump up to: а б Дерихс, Нико (июль 2011 г.). «Сверхвязкие слои перицилиарной и слизистой жидкости дыхательных путей при муковисцидозе, измеренные с помощью конфокального флуоресцентного фотоотбеливания» . Журнал ФАСЭБ . 25 (7): 2325–2332. дои : 10.1096/fj.10-179549 . ПМК 3114535 . ПМИД 21427214 .
- ^ Гош, А. (октябрь 2015 г.). «Гидратация дыхательных путей и ХОБЛ» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 72 (19): 3637–52. дои : 10.1007/s00018-015-1946-7 . ПМЦ 4567929 . ПМИД 26068443 .
- ^ Станке, Ф. (2015). «Вклад эпителиальных клеток дыхательных путей в защиту хозяина» . Медиаторы воспаления . 2015 : 463016. doi : 10.1155/2015/463016 . ПМЦ 4491388 . ПМИД 26185361 .
- ^ Jump up to: а б Льюис, Брэндон; Патиал, Соника (июль 2019 г.). «Иммунопатология болезни обезвоживания поверхностной жидкости дыхательных путей» . Журнал иммунологических исследований . 2019 : 2180409. дои : 10.1155/2019/2180409 . ПМК 6664684 . ПМИД 31396541 .
- ^ Фэхи, Джон; Дики, Бертон (декабрь 2010 г.). «Функция и дисфункция слизи дыхательных путей» . Медицинский журнал Новой Англии . 363 (23): 2233–2247. дои : 10.1056/NEJMra0910061 . ПМК 4048736 . ПМИД 21121836 .
- ^ Jump up to: а б с д Сюй, Л; Цзян, Ю (июль 2019 г.). «Математическое моделирование мукоцилиарного клиренса: мини-обзор» . Клетки . 8 (7): 736. doi : 10.3390/cells8070736 . ПМК 6678682 . ПМИД 31323757 .
- ^ Ван, Кентукки (7 декабря 2018 г.). «Координация эукариотических ресничек и жгутиков» . Очерки по биохимии . 62 (6): 829–838. дои : 10.1042/EBC20180029 . ПМК 6281475 . ПМИД 30464007 .
- ^ Jump up to: а б Бенджамин Левин (2007). Клетки . Джонс и Бартлетт Обучение. п. 357. ИСБН 978-0-7637-3905-8 . Проверено 28 августа 2019 г.
- ^ Молл, М (апрель 2016 г.). «Отключение слизи при муковисцидозе и хронической обструктивной болезни легких» . Анналы Американского торакального общества . 13 : С177-85. doi : 10.1513/AnnalsATS.201509-641KV (неактивен 13 сентября 2024 г.). ПМИД 27115954 .
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на сентябрь 2024 г. ( ссылка ) - ^ Питерс, А; Ханеком, СД (2018). «Критерии улучшения транспорта слизи: систематический обзор» . Многопрофильная респираторная медицина . 13:22 . дои : 10.1186/s40248-018-0127-6 . ПМК 6034335 . ПМИД 29988934 .