absztrakt
amikor lélegzünk, a tüdő oxigént cserél a levegőből a vér szén-dioxid-hulladékáért. Ez a csere létfontosságú az élet számára. Minden lélegzet kiteszi a tüdőt a külső környezetbe, amely szennyezést és baktériumokat tartalmaz, ami veszélyt jelent az egészségünkre. Az első védelmi vonal az úgynevezett mucociliary mozgólépcső: nyálka csapdák a potenciálisan veszélyes anyag, illetve csillók nyomja az anyagot az airways. Ha a mucociliáris mozgólépcső nem működik megfelelően, tüdőbetegség alakulhat ki. Például olyan genetikai betegségben szenvedő betegek, mint a cisztás fibrózis (CF) és az elsődleges ciliáris dyskinesia (PCD), vagy a dohányzással kapcsolatos betegségek, mint például a krónikus obstruktív tüdőbetegség (COPD), rendkívül vastag nyálkahártyával rendelkeznek. Ez a nyálka felhalmozódik, lehetővé téve a baktériumok, gombák és vírusok virágzását, tüdőkárosodást és csökkent oxigenizációt okozva. A tüdőbetegségek rendkívül nehézzé teszik a légzést, és a betegek életveszélyes légúti betegségben szenvedhetnek, ha a mucociliáris mozgólépcső nem képes fenntartani a tüdő egészségét.
hogyan működik a tüdő?
a tüdő elsődleges funkciója a légzés. A gázcsere annak a folyamatnak a neve, amellyel az oxigén belép a véráramba (belélegzéskor), a szén-dioxid-hulladék pedig elhagyja a testet (kilégzéskor). A tüdő szerkezete úgy fejlődött ki, hogy ezt a feladatot nagyon hatékonyan végezze el. A tüdő alapvető szerkezete üreges csövek sorozata, úgynevezett légutak. A légutak elágaznak és kisebbek lesznek, az alveoláknak nevezett apró légzsákokban végződnek. Az alveolákat kapillárisok nevű kis erek borítják, amelyek a vérben lévő gázok cseréjére szolgálnak . A tüdőt össze lehet hasonlítani egy olyan fával, amelynek nagy, fő törzse van, az ágak egyre kisebbek, annál távolabb vannak a csomagtartótól. Az alveolusok olyanok, mint a levelek.
a tüdőben két fő régió található: a vezető zóna és a légzési zóna (1.ábra). A levegőt a vezető zónán keresztül a tüdőbe szállítják, majd az alveolákat tartalmazó légzési zónába kerülnek. Az egyik személy alveolái ugyanolyan felületűek, mint a teniszpálya, amely rengeteg terület, amely lehetővé teszi a gázcserét. A vezető zóna a tüdő azon része, amelyen a levegő gázcsere nélkül áramlik át, mert a csövek túl vastagok ahhoz, hogy a gázok áthaladjanak. A vezető zóna hajszerű struktúrákkal van bélelve, amelyeket nyálkahártyának neveznek, ami segít a potenciálisan veszélyes anyagok csapdájában. A csillók mozgékonyak, apró, ujjszerű nyúlványok a légúti sejtek felületén. A csillók a légutakat összekötik, és segítik a nyálkahártyát a tüdőben . A csillók körülbelül 6-7 mikrométer magasak, vagy nagyjából egytizede az emberi haj szélességének .
- 1. ábra-a mucociliáris mozgólépcső egészséges emberben (balra) és beteg mucociliáris mozgólépcsővel rendelkező személyben (jobbra).
- a nyálkahártya mozgólépcső a légcsőben, a hörgőkben és a hörgőkben található, amelyek a vezető zóna részét képezik. Gázcsere történik az alveolusokban a légzési zónában (inset).
részecskék és baktériumok a levegőben—miért van szükség a tüdőre védekezésre
számos olyan típusú részecskék vannak, amelyek bejuthatnak a tüdőbe és kárt okozhatnak. Ezek közül a részecskék közül néhány szennyező anyag, mint például a gázüzemű járművek kibocsátása, a kandallókból származó szén-monoxid, a gőzölésből vagy a dohányzásból származó toxinok, valamint az aeroszolok, mint a hajlakk. A részecskék csapdába eshetnek a tüdő különböző területein. A rövid szőrszálak, mint például a fej tetején, az orrlyukak belsejét húzzák, nyálkahártyával borítják. Ezek a nyálkahártyával borított szőrszálak segítik a nagyobb részecskék csapdáját, amikor belépnek az orrba. A vezető zónába belépő részecskék károsíthatják a légúti sejteket, ami csökkentheti a csillók mozgását, és olyan nyálkahártya felhalmozódásához vezethet, amelyet nem lehet eltávolítani a légutakból . A nyálka-eltömődött légutak nem engedhetik meg a levegő olyan hatékony utazását, mint ahogy az ereszcsatorna levelei zavarják a víz áramlását. A kisebb részecskék néha eljuthatnak az alveolákhoz. Az alveolusok károsodása jelentősen megnehezíti a légzést, mert az oxigén nem diffundál a vérbe. A gázcsere csökkent hatékonysága miatt a test többi része hipoxiás lehet, ami alacsony oxigént jelent. Csak a vezető zóna, a légcsőtől a hörgőkig, képes a nyálkahártyát csillókkal mozgatni, így az alveolusok nem támaszkodhatnak erre a mechanizmusra, hogy megszabaduljanak ezekből a kis részecskékből . A szennyezett városban vagy a dohányzás/szívás vaporizátorral töltött évek a tüdőszövet gyulladását okozhatják, és olyan betegségekhez vezethetnek, mint például a krónikus obstruktív tüdőbetegség (COPD) .
mi a mucociliáris mozgólépcső?
A mucociliary mozgólépcső van benne, a vezető airways sőt akár nyálka, valamint csillók, ami mozog a nyálkát a tüdőben, ahol kizárták a köhögés vagy nyelési (Számok 1, 2) . Mint az első védelmi vonal, a légúti nyálka különböző összetevőkből áll, amelyek segítenek a részecskék és a baktériumok csapdájában . Nyálka egy fizikai akadályt, hogy megvédje a tüdőt, és olyan tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek segítenek megszabadulni a potenciálisan fertőző baktériumok, gombák, vírusok . A légutak nyálkahártyájának néhány fontos összetevője a nyálkahártya (ragadós, cukorral bevont fehérjék), a védőfehérjék, a só és a víz. Ezek az összetevők együttesen olyan gélt képeznek, amely csapdába ejti a légutakba belépő részecskéket .
- 2. ábra – (bal) az egészséges légutakban lévő csillók mozgékonyak, és képesek hatékonyan mozgatni a nyálkahártyát a mucociliáris mozgólépcsőn.
- (középen) a CF-ben a nyálka megvastagodik és nehezen mozog, így a mucociliáris mozgólépcső kevésbé hatékony; ez lehetővé teszi a baktériumok / részecskék csapdába esését, végül tüdőkárosodást okozva. (Jobb) a PCD-ben a csillók kevésbé mozgékonyak vagy akár mozdulatlanok, így nem tudják mozgatni a nyálkahártyát a mucociliáris mozgólépcsőn.
a nyálkahártyát többnyire a légutak belsejét összekötő sejtek termelik. Ezeket serlegcelláknak nevezik. A serlegcellák középkori kelyhek alakúak, innen származik a serleg neve. A légutak más sejtjeivel ellentétben, amelyek csillók, oszlopok alakúak, a serleg sejtek tetején nincs csilló. A golyósejtek nincsenek jelen a vezető zónán túl, hogy megakadályozzák a nyálka zavarását a gázcserében. A nyálkahártya részt vesz a légutak hidratálásában is, ami a csillók megfelelő működéséhez szükséges .
a csillók mozgása hasonló ahhoz, ahogyan a karod mozog a mellúszás közben . Az egyéni csilló nem elég erős ahhoz, hogy a nyálkahártyát önmagában mozgassa, de amikor több ezer csilló összehangolt módon veri össze, együttesen a nyálka mozgását okozhatja . Képzeljünk el egy tömeg egy koncerten, amikor az előadó lemegy a színpadról, hogy tömeg surf: az előadó olyan, mint egy köteg nyálka, hogy feltartotta a karok a tömeg és mozgott egy összehangolt hullám. Bizonyos értelemben a csillók mozgással beszélnek egymással a nyálka összehangolt, hatékony mozgásának megteremtése érdekében! Így működik a mucociliáris mozgólépcső.
milyen betegségek fordulhatnak elő, ha a mucociliáris mozgólépcső nem működik megfelelően?
néhány ember abnormális géneket örököl szüleitől, és primer ciliáris dyskinesia (PCD) nevű betegséggel születik (2.ábra). A PCD olyan tüdőbetegség, amely megakadályozza a csillók hatékony verését, súlyos esetekben pedig megakadályozza, hogy egyáltalán mozogjanak . PCD-s betegeknél a légutak fertőzöttek a nem hatékony nyálkahártya-szállítás miatt, ami károsítja a légúti sejteket. Amikor a légutak idővel megsérülnek, floppyvá válnak, mint egy összeomlott szalma, megakadályozva, hogy a levegő áthaladjon rajtuk, ami megnehezíti a légzést. Képzelje el, hogy egy vastag, finom turmixot iszik; kevesebb erőfeszítésre van szükség, ha normál szélességű szalmát használ, mint egy szalma, amely a spagetti tészta szélessége.
A cisztás fibrózis (CF) egy másik öröklött betegség, amely befolyásolja a mucociliáris mozgólépcsőt (2.ábra). A CF-ben szenvedő embereknek mutációi vannak a gén mindkét példányában (egy anyától, egy apától), amelyek felelősek a cisztás fibrózis transzmembrán vezetőképesség szabályozójának (CFTR) nevezett fehérje előállításáért. A CFTR olyan csatornát képez a sejtek membránjain keresztül, amely részt vesz az izzadság, az emésztőfolyadékok és a nyálka előállításában. A CFTR szabályozza, hogy mennyi víz kerül a váladékba, így milyen vastag és ragacsos lesz a nyálka. Ha a csatorna nem működik megfelelően, a nyálka nem rendelkezik elegendő vízzel, vastag lesz, mint a ragasztó. A rendkívül vastag nyálka halmozódik fel a tüdőben, ellentétben a normál, vizes nyálka, amely könnyen tisztítható a mucociliáris mozgólépcső, ami a vastag nyálka felépíteni, és végül okoz légúti pusztítás, tüdő elégtelenség.
a krónikus obstruktív tüdőbetegség (COPD) olyan betegség, amely cigarettázás vagy e-cigaretta elszívása után fordulhat elő. A COPD negatívan befolyásolhatja a mucociliáris mozgólépcsőt, és tüdőbetegséget okozhat, amely sok szempontból hasonlít a CF – hez . A mucociliáris mozgólépcső károsodása hozzájárulhat más gyakori betegségekhez, például tüdőgyulladáshoz és asztmához, amelyek hasonló, de néha kevésbé súlyos nyálkahártya-problémákkal küzdenek.
következtetés: miért szükséges a nyálkahártya, a csillók és a mucociliáris mozgólépcső anyaga
a mucociliáris mozgólépcső megfelelő működése az egészséges tüdőhöz. A nyálka és a csilló a tüdő elsődleges védelmi mechanizmusa. Ha probléma van a nyálkahártyával vagy a csillóval, akkor a légutak elzáródhatnak, a káros baktériumok és részecskék pedig a tüdőbe kerülhetnek, kárt okozva. Az olyan genetikai betegségek, mint a PCD és a CF, valamint az olyan szerzett betegségek, mint a COPD, negatívan befolyásolják a mucociliáris mozgólépcsőt. Ezek a tüdőbetegségek kevesebb gázcserét eredményezhetnek, és a test többi része hipoxiás lehet. Tehát ne feledje-ha otthon beteg a hideg, a nyálka köhögsz fel a mucociliáris mozgólépcső, és ez segít megőrizni a tüdő boldog és egészséges eltávolításával potenciálisan káros részecskék és baktériumok!
szerzői hozzájárulások
MW, JP, JK, TB, SP, R-JS, és SR hozzájárult a kézirat előkészítéséhez és végleges szerkesztéséhez. Minden szerző jóváhagyta a végleges kézirat tervezetét a benyújtás előtt.
Glossary
gázcsere: az a folyamat, amellyel a szén-dioxid (CO2) hulladékot eltávolítják a véráramból, és helyébe belélegzett oxigén (O2) lép.
alveolusok: légzsákok, amelyek a légzési zóna legkisebb részét alkotják; az alveolusok és a kapilláris erek nagyon közel vannak; itt történik a gázcsere.
vezető zóna: a légutak azon része, amely nem vesz részt a gázcserében; a vezető zóna célja a levegő mozgatása a légzési zónába; ahol a mucociliáris mozgólépcső található; a proximális tüdőben található a légcsőtől a hörgőkig.
légzési zóna: a légutak azon része, ahol gázcsere történik; megtalálható a disztális tüdőben, ahol az alveolusok találhatók.
csillók: mobil, hajszerű vetületek a vezető zóna légutait bélelő sejtek felső részén; a csillók a nyálkahártyát mozgatják a mucociliáris mozgólépcső mentén.
nyálka: ragacsos, gélszerű anyag, amely a cilia kefe tetején ül a vezető zónában légutak; a tüdőben a nyálkát serlegsejtek és mirigyek termelik, és a légutakat védik a veszélyes anyagoktól; a nyálka vízből, mucin glikoproteinekből, védelmi fehérjékből és sóból áll.
mucociliáris mozgólépcső: kifejezés a készülék a nyálka és csillók; felelős a mozgás a nyálka fel és ki a légutakat; nyálka csapdák részecskék és csillók propel nyálka fel és ki a tüdőből.
összeférhetetlenségi nyilatkozat
az SR engedély nélkül használja a mikro-optikai koherencia tomográfiát diagnosztikai eszközként, amelyet a mucociliáris mozgólépcső funkcionális mikroanatómiájának jellemzésére használnak.
a fennmaradó szerzők kijelentik, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában végezték, amelyek potenciális összeférhetetlenségnek tekinthetők.
a szerzők szeretnék elismerni George D. Phillips (13 éves), S. Corinne Phillips( 16 éves) és Andrew Rowe (14 éves) a kézirat elolvasásáért, valamint átgondolt szerkesztéseikért és visszajelzéseikért. Jeremie Lever és Basil Bono a projekt megvalósításának felbecsülhetetlen támogatásáért.
Nyugat, J. B. 2012. West légzési fiziológiája: a lényeg. A 9. Baltimore, MD: Lippincott Williams & Wilkins.
Knowles, M. R., and Boucher, R. C. 2002. Nyálka clearance elsődleges veleszületett védelmi mechanizmus emlős légutak. J. Clin. Befektetni. 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. A csillók látása: a ciliáris mozgás és a klinikai kapcsolatok képalkotó módozatai. Am. J. Physiol. Tüdősejt. Mol. Physiol. 314: L909-21. doi: 10.1152 / ajplung.00556.2017
Zhang, P., Summer, W. R., Bagby, G. J., and Nelson, S. 2000. Veleszületett immunitás és tüdő host védelem. Immunol. Rev.173:39-51. doi: 10.1034 / j. 1600-065X. 2000. 917306.x
Bustamante-Marin, X. M., and Ostrowski, L. E. 2017. Csillók és mucociliáris clearance. Cold Spring Harbor Perspect. Biol. 9: a028241. doi: 10.1101 / cshperspect.a028241