Abstrakt
Když jsme dýchat, plíce výměnu kyslíku ze vzduchu na oxid uhličitý odpad z krve. Tato výměna je životně důležitá pro život. Každý dech vystavuje plíce vnějšímu prostředí, které obsahuje znečištění a bakterie, což představuje hrozbu pro naše zdraví. První obranná linie se nazývá očista sliznic eskalátor: hlenu zachytí potenciálně nebezpečný materiál a řasinky tlačit, že materiál nahoru a ven z našich dýchacích cest. Když mukociliární eskalátor nefunguje správně, můžeme vyvinout plicní onemocnění. Například, u pacientů s genetickými chorobami jako je cystická fibróza (CF) a primární ciliární dyskineze (PCD), nebo onemocnění souvisejících s kouřením, jako je chronická obstrukční plicní nemoc (CHOPN) mají velmi husté hlenu. Tento hlen se hromadí, což umožňuje bakteriím, houbám a virům prospívat, což způsobuje poškození plic a snížené okysličení. Plicní onemocnění ztěžují dýchání a pacienti mohou mít život ohrožující respirační onemocnění, když mukociliární eskalátor nemůže udržet zdraví plic.
jak fungují plíce?
primární funkcí plic je dýchání. Výměna plynu je název procesu, kterým kyslík vstupuje do krevního řečiště (z inhalace) a odpad oxidu uhličitého opouští tělo (z výdechu). Struktura plic se vyvinula, aby tento úkol vykonávala velmi efektivně. Základní struktura plic je řada dutých trubek, nazývaných dýchací cesty. Dýchací cesty se větví a zmenšují a končí v malých vzduchových vakech zvaných alveoly. Alveoly jsou pokryty malými krevními cévami zvanými kapiláry, které slouží k výměně plynů v krvi . Plíce lze přirovnat ke stromu, který má velký, hlavní kmen s větvemi, které se zmenšují, čím dále jsou od kmene. Alveoly jsou jako listy.
v plicích jsou dvě hlavní oblasti: vodivá zóna a respirační zóna (Obrázek 1). Vzduch je veden do plic přes vodivou zónu a přiveden do respirační zóny obsahující alveoly. Alveoly od jedné osoby mají stejnou plochu jako tenisový kurt, což je dostatek prostoru pro výměnu plynu. Vedení pásmo je ta část plic, že vzduch proudí bez výměny plynů, protože trubky jsou příliš silné pro plyny pohybovat napříč. Vedení zóna je lemována vlasy-jako struktury zvané řasinky, které jsou zahrnuty v hlenu, který pomáhá past potenciálně nebezpečné materiály. Cilia jsou pohyblivé, drobné, prstovité projekce na povrchu buněk dýchacích cest. Cilia lemují dýchací cesty a pomáhají pohybovat hlenem nahoru a ven z plic . Řasinky jsou vysoké asi 6-7 mikrometrů, nebo zhruba desetinu šířky lidského vlasu .
- Obrázek 1 – očista sliznic eskalátoru ve zdravé osoby (vlevo) a člověk s nemocnou očista sliznic eskalátor (vpravo).
- mukociliární eskalátor se nachází v průdušnici, průduškách a bronchiolech, které jsou součástí vodivé zóny. Výměna plynu probíhá v alveolech v respirační zóně (vložka).
Částic a Bakterií ve Vzduchu—Proč Plíce Nutné Obrany
Existuje mnoho typů částic, které by mohly vstoupit do plic a způsobit poškození. Některé z těchto částic jsou znečišťující látky, jako jsou emise z vozidla poháněná plynem, oxidem uhelnatým z krbů, toxiny z vaping, nebo kouření, a aerosoly, jako lak na vlasy. Částice se mohou zachytit v různých oblastech plic. Krátké vlasy, stejně jako ty na hlavě, lemují vnitřky nosních dírek a jsou pokryty hlenem. Tyto chloupky pokryté hlenem pomáhají zachytit větší částice při vstupu do nosu. Částice, které vstupují do vodivé zóny, může ublížit buňky dýchacích cest, což může snížit pohybu jejich řasinek a vést k hromadění hlenu, který nelze vymazat z dýchacích cest . Dýchací cesty ucpané hlenem nemusí umožňovat tak efektivní cestování vzduchu, jako způsob, jakým listy ve žlabu narušují průtok vody. Menší částice se někdy mohou dostat až do alveol. Poškození alveol ztěžuje dýchání, protože kyslík nebude difundovat také do krve. Tato snížená účinnost výměny plynu může způsobit, že zbytek těla bude hypoxický, což znamená nízký obsah kyslíku. Pouze vodivé zóny, z průdušnice do průdušinek, má schopnost se pohybovat hlenu pomocí řasinek, tak plicní sklípky nemohou spoléhat na tento mechanismus, jak se zbavit těchto malých částic . Život ve znečištěném městě nebo roky kouření / vaping může způsobit zanícení plicní tkáně a vést k nemocem, jako je chronická obstrukční plicní nemoc (CHOPN) .
co je mukociliární eskalátor?
očista sliznic eskalátor je uvnitř dýchacích cest a skládá se z hlenu a řasinek, který se pohybuje hlenu nahoru a ven z plic, kde může být vyloučen při kašli nebo polykání (Obrázky 1, 2) . Jako první linie obrany je hlen dýchacích cest tvořen různými složkami, které mu pomáhají zachytit částice a bakterie . Hlen je fyzická bariéra pro ochranu plic a má vlastnosti, které pomáhají zbavit se potenciálně infekčních bakterií, hub a virů . Některé z důležitých složek hlenu dýchacích cest jsou muciny (lepkavé proteiny potažené cukrem), obranné proteiny, sůl a voda. Společně tyto složky tvoří gel, který zachycuje částice, které vstupují do dýchacích cest .
- obrázek 2 – (vlevo) řasinky ve zdravých dýchacích cestách jsou mobilní a schopné efektivně pohybovat hlenem nahoru mukociliárním eskalátorem.
- (Uprostřed) V CF, hlen se stává silné a těžké se pohybovat, což způsobuje očista sliznic eskalátor být méně účinné; to umožňuje bakterie/částice, které mají být v pasti, nakonec působit poškození plic. (Vpravo) v PCD jsou řasinky méně pohyblivé nebo dokonce nepohyblivé, takže nejsou schopny pohybovat hlenem po mukociliárním eskalátoru.
hlen je většinou produkován buňkami, které lemují vnitřek dýchacích cest. Nazývají se pohárkové buňky. Pohárkové buňky mají tvar středověkých kalichů, odtud název pohár. Na rozdíl od jiných buněk v dýchacích cestách, které jsou ciliated a ve tvaru sloupců, pohárkové buňky nemají řasinky na vrcholu. Pohárkové buňky nejsou přítomny za vodivou zónou, aby se zabránilo interferenci hlenu s výměnou plynu. Hlen se také podílí na hydrataci dýchacích cest, což je nezbytné pro správnou funkci řasinek .
pohyb řasinek je podobný tomu, jak se vaše paže pohybují při plavání prsou . Jednotlivé cilium je dostatečně silná, aby přesunout vrstvu hlenu na jeho vlastní, ale když tisíce řasinky porazil společně koordinovaným způsobem, mohou společně způsobit, že hlen se pohybovat . Představte si dav na koncertě, když umělec skoky z pódia do davu surf: umělec je jako svazek hlenu, drželi se za ruce davu a přestěhoval se spolu v koordinované vlny. V jistém smyslu řasinky spolu mluví pohybem, aby vytvořily koordinovaný a účinný pohyb hlenu! Takto funguje mukociliární eskalátor.
jaké nemoci se mohou stát, když mukociliární eskalátor nefunguje správně?
někteří lidé zdědí abnormální geny od svých rodičů a narodí se s onemocněním zvaným primární ciliární dyskineze (PCD) (Obrázek 2). PCD je plicní onemocnění, které zabraňuje účinnému bití řasinek a ve vážných případech jim brání v pohybu vůbec . U pacientů s PCD se dýchací cesty infikují v důsledku neúčinného transportu hlenu, který poškozuje buňky dýchacích cest. Když se dýchací cesty v průběhu času poškodí, stanou se disketami, jako zhroucená sláma, brání jim v pohybu vzduchu a způsobuje obtížné dýchání. Představte si, že pijete tlustý, lahodný mléčný koktejl; při použití slámy s normální šířkou je zapotřebí méně úsilí ve srovnání se slámou, která je šířkou špagetových nudlí.
cystická fibróza (CF) je další dědičné onemocnění, které postihuje mukociliární eskalátor (Obrázek 2). Lidé s CF mají mutace v obou kopiích genu (jeden od mámy a jeden od otce) zodpovědný za výrobu proteinu zvaného transmembránový regulátor vodivosti cystické fibrózy (CFTR). CFTR tvoří kanál přes membrány buněk, který se podílí na produkci potu, trávicích tekutin a hlenu. CFTR reguluje, kolik vody končí v těchto sekrecích, a tím, jak silný a lepkavý se hlen stává. Když kanál nefunguje správně, hlen nemá dostatek vody a zhoustne jako lepidlo. Mimořádně hustý hlen se hromadí v plicích, na rozdíl od normální, vodnatý hlen, který je snadno vymazány očista sliznic eskalátoru, což způsobuje hustý hlen vybudovat a nakonec způsobit zničení dýchacích cest a selhání plic.
chronická obstrukční plicní nemoc (CHOPN) je onemocnění, které se může objevit po kouření cigaret nebo vapování e-cigaret. CHOPN může negativně ovlivnit mukociliární eskalátor a způsobit plicní onemocnění, které vypadá v mnoha ohledech podobně jako CF . Poškození mukociliárního eskalátoru může přispět k dalším běžným onemocněním, jako je pneumonie a astma, které mají podobné, ale někdy méně závažné problémy s hlenem.
závěr: proč hlen, řasinky a mukociliární eskalátor hmota
správná funkce mukociliárního eskalátoru je nutná pro zdravé plíce. Hlen a cibule jsou primárním obranným mechanismem plic. Pokud se vyskytne problém s hlenem nebo řasinkami, mohou se dýchací cesty zablokovat a škodlivé bakterie a částice mohou být zachyceny v plicích, což způsobí poškození. Genetická onemocnění, jako je PCD a CF, a získaná onemocnění, jako je CHOPN, negativně ovlivňují mukociliární eskalátor. Tato plicní onemocnění mohou mít za následek menší výměnu plynů a způsobit, že se zbytek těla stane hypoxickým. Takže pamatujte–když jste doma nemocný s nachlazením, hlen jste vykašlávání je z vašeho očista sliznic eskalátoru, a to pomáhá udržet vaše plíce šťastný a zdravý tím, že odstraní potenciálně škodlivé částice a bakterie!
autorské příspěvky
MW, JP, JK, TB, SP, R-JS a SR přispěly k přípravě a finální úpravě rukopisu. Všichni autoři schválili konečný návrh rukopisu před odesláním.
Glosář
výměna plynů: proces, při kterém je odpad oxidu uhličitého (CO2) odstraněn z krevního oběhu a nahrazen inhalačním kyslíkem (O2).
alveoly: vzduchové vaky, které tvoří nejmenší část respirační zóny; alveoly a kapilární krevní cévy jsou ve velmi těsné blízkosti; zde dochází k výměně plynu.
vodivá zóna: část dýchacího traktu, která není zapojena do výměny plynů; účelem vodivé zóny je přemístit vzduch do A Z respirační zóny; kde je umístěn mukociliární eskalátor; Nachází se v proximálním plicích od průdušnice po bronchioly.
respirační zóna: část dýchacího traktu, kde dochází k výměně plynů; Nachází se v distálních plicích, kde jsou umístěny alveoly.
Cilia: mobilní, vlasové projekce na horní části buněk lemujících vodivé zóny dýchacích cest; cilia pohybují hlenem podél mukociliárního eskalátoru.
hlen: lepkavá, gelovitá látka, která sedí na vrcholu řasnatého kartáče ve vodivé zóně dýchacích cest; v plic, hlen je vyroben pohárkových buněk a žláz a funkce, které chrání dýchací cesty před nebezpečnými materiály; hlenu se skládá z vody, glykoproteiny mucin, obrana bílkovin a soli.
očista sliznic Eskalátor: Termín pro přístroje hlenu a řasinek; odpovědný za pohyb hlenu z dýchacích cest; zachytává částice a řasinky pohánět hlen nahoru a ven z plic.
Střet Zájmů Prohlášení
SR má bezlicenčním patent použití mikro-Optické koherenční Tomografie jako diagnostické zařízení, které se používá k charakterizaci funkční mikroanatomie z očista sliznic eskalátoru.
zbývající autoři prohlašují, že výzkum byl proveden bez jakýchkoli obchodních nebo finančních vztahů, které by mohly být vykládány jako potenciální střet zájmů.
poděkování
autoři by chtěli uznat George D. Phillips (věk 13), s. Corinne Phillips (věk 16) a Andrew Rowe (věk 14) za přečtení rukopisu a jejich promyšlené úpravy a zpětnou vazbu. Jeremie Lever a Basil Bono za poskytnutí neocenitelné podpory pro dokončení tohoto projektu.
Západ, J.B. 2012. Westova respirační fyziologie: základy. 9.Edn. Baltimore, MD: Lippincott Williams & Wilkins.
Knowles, M. R., and Boucher, R. C. 2002. Clearance hlenu jako primární vrozený obranný mechanismus pro savčí dýchací cesty. J. Clin. Investovat. 109:571–7. doi: 10.1172 / jci15217
Peabody, J. E., Shei, R. J., Bermingham, B. M., Phillips, s. e., Turner, B., Rowe, S. M., et al. 2018. Vidění řasinek: zobrazovací modality pro ciliární pohyb a klinická spojení. Rána. J. Physiol. Plicní Buňka. Molo. Fyziol. 314: L909-21. doi: 10.1152 / ajplung.00556.2017
Zhang, P., Summer, W. R., Bagby, G. J., and Nelson, s. 2000. Vrozená imunita a plicní obrana hostitele. Immunol. Rev. 173: 39-51. doi: 10.1034 / j. 1600-065X. 2000. 917306.x
Bustamante-Marin, X. M., and Ostrowski, L. E. 2017. Cilia a mukociliární clearance. Studený Jarní Přístav Perspect. Biol. 9: a028241. doi: 10.1101 / cshperspect.a028241