Abstract
når vi puster, lungene utveksle oksygen fra luften for karbondioksid avfall fra blodet. Denne utvekslingen er viktig for livet. Hvert pust utsetter lungene for det ytre miljøet, som inneholder forurensning og bakterier, som utgjør en trussel mot helsen vår. Den første forsvarslinjen kalles mucociliary rulletrappen: slim feller det potensielt farlige materialet og cilia skyver det materialet opp og ut av luftveiene. Når mucociliary rulletrappen ikke fungerer som den skal, kan vi utvikle lungesykdom. For eksempel har pasienter med genetiske sykdommer som cystisk fibrose (CF) og primær ciliary dyskinesi (PCD), eller røykrelaterte sykdommer som kronisk obstruktiv lungesykdom (KOL) ekstremt tykt slim. Denne slim bygger opp, slik at bakterier, sopp og virus trives, forårsaker lungeskader og redusert oksygenering. Lungesykdommer gjør puste ekstremt vanskelig, og pasienter kan ha livstruende luftveissykdom når mucociliary rulletrapp ikke kan opprettholde lunge helse.
Hvordan Fungerer Lungene?
den primære funksjonen til lungene puster. Gassutveksling er navnet på prosessen hvor oksygen kommer inn i blodet (fra innånding) og karbondioksidavfall forlater kroppen (fra utånding). Lungens struktur har utviklet seg for å utføre denne oppgaven veldig effektivt. Den grunnleggende strukturen i lungene er en serie hule rør, kalt luftveier. Airways gren og få mindre, slutter i små luftsekker kalt alveoler. Alveolene er dekket i små blodkar kalt kapillærer, som fungerer for å utveksle gasser i blodet . Lungene kan sammenlignes med et tre som har en stor hovedstamme med grener som blir mindre jo lenger unna de er fra stammen. Alveolene er som bladene.
det er to hovedområder i lungen: den ledende sonen og luftveiene (Figur 1). Luft føres inn i lungene gjennom ledende sone og føres til alveoliholdig respiratorisk sone. Alveolene fra en person har samme overflateareal som en tennisbane, som er rikelig med område for å tillate gassutveksling. Den ledende sonen er den delen av lungen som luften strømmer gjennom uten gassutveksling, fordi rørene er for tykke for at gassene beveger seg over. Den ledende sonen er foret med hårlignende strukturer kalt cilia som er dekket av slim, noe som bidrar til å fange potensielt farlige materialer. Cilia er mobile, små, fingerlignende fremspring på overflaten av luftveisceller. Cilia linje luftveiene og bidra til å flytte slim opp og ut av lungene . Cilia er omtrent 6-7 mikrometer høye, eller omtrent en tiendedel bredden av et menneskehår .
- Figur 1 – mucociliary rulletrappen i en sunn person (venstre) og hos en person med en syk mucociliary rulletrapp (høyre).
- mucociliary rulletrappen finnes i luftrøret, bronkiene og bronkiolene, som er en del av den ledende sonen. Gassutveksling skjer i alveolene i luftveiene (innsats).
Partikler og Bakterier I Luften—Hvorfor Lungene Trenger Forsvar
det er mange typer partikler som kan komme inn i lungene og forårsake skade. Noen av disse partiklene er forurensende stoffer, for eksempel utslipp fra gassdrevne kjøretøy, karbonmonoksid fra peiser, giftstoffer fra vaping eller røyking, og aerosoler som hårspray. Partikler kan bli fanget i ulike områder av lungen. Korte hår, som slag på toppen av hodet, linje innsiden av neseborene og er dekket med slim. Disse slim-dekket hår hjelpe felle større partikler som de kommer inn i nesen. Partikler som kommer inn i ledende sone kan skade luftveiscellene, noe som kan redusere bevegelsen av cilia og føre til opphopning av slim som ikke kan ryddes fra luftveiene . Slim-tette luftveier kan ikke tillate luft å reise så effektivt, som måten blader i en rennesteinen forstyrre vannstrømmen. Mindre partikler kan noen ganger komme helt til alveolene. Skader på alveolene gjør pusten betydelig vanskeligere, fordi oksygen ikke vil diffundere så vel inn i blodet. Denne reduserte effektiviteten av gassutveksling kan føre til at resten av kroppen blir hypoksisk, noe som betyr lite oksygen. Bare den ledende sonen, fra luftrøret til bronkiolene, har evnen til å bevege slim ved hjelp av cilia, slik at alveolene ikke kan stole på denne mekanismen for å kvitte seg med disse små partiklene . Å bo i en forurenset by eller år med røyking/vaping kan føre til at lungevevvet blir betent og fører til sykdommer, som kronisk obstruktiv lungesykdom (KOL) .
Hva Er Mucociliary Rulletrappen?
mucociliary rulletrappen er inne i de ledende luftveiene og består av slim og cilia, som beveger slimet opp og ut av lungene hvor det kan utvises ved hoste eller svelging (Figur 1, 2) . Som den første forsvarslinjen består luftveis slim av forskjellige komponenter som hjelper det med å fange partikler og bakterier . Slim er en fysisk barriere for å beskytte lungen og har egenskaper som bidrar til å kvitte seg med potensielt smittsomme bakterier, sopp og virus . Noen av de viktigste komponentene i luftveis slim er mucins (klebrig, sukkerbelagte proteiner), forsvarsproteiner, salt og vann. Sammen danner disse komponentene en gel som fanger partikler som kommer inn i luftveien .
Slim produseres for det meste av celler som strekker innsiden av luftveiene. Disse kalles bobelceller. Goblet celler er formet som middelalderske chalices, derav navnet goblet. I motsetning til andre celler i luftveiene som er ciliated og formet som kolonner, har bobelceller ikke cilia på toppen. Goblet celler er ikke tilstede utenfor ledende sone, for å forhindre slim i å forstyrre gassutveksling. Slim er også involvert i hydrering av luftveiene, noe som er nødvendig for riktig funksjon av cilia .
bevegelsen av cilia ligner måten armene beveger seg mens du svømmer brystet . En individuell cilium er ikke sterk nok til å flytte slimlaget alene, men når tusenvis av cilia slår sammen på en koordinert måte, kan de kollektivt føre til at slimet beveger seg . Tenk deg en folkemengde på en konsert når utøveren dykk av scenen til publikum surfe: utøveren er som en bunt av slim, blir holdt opp av armene på publikum og flyttet sammen i en koordinert bølge. På en måte snakker cilia med hverandre gjennom bevegelse for å produsere koordinert, effektiv bevegelse av slim! Slik fungerer mucociliary rulletrappen.
Hvilke Sykdommer Kan Skje når Mucociliary Rulletrappen Ikke Fungerer Som Den Skal?
noen arver unormale gener fra foreldrene sine og er født med en sykdom som kalles primær ciliær dyskinesi (PCD) (Figur 2). PCD er en lungesykdom som forhindrer cilia i å slå effektivt og i alvorlige tilfeller forhindrer dem i å bevege seg i det hele tatt . HOS PCD-pasienter blir luftveiene smittet på grunn av ineffektiv slimtransport, noe som skader luftveiscellene. Når luftveiene blir skadet over tid, blir de floppy, som en kollapset halm, hindrer luft fra å bevege seg gjennom dem og forårsaker puste å bli vanskelig. Tenk deg å drikke en tykk, deilig milkshake; mindre innsats er nødvendig når du bruker en normal bredde halm sammenlignet med et strå som er bredden på en spaghetti noodle.
Cystisk fibrose (CF) er en annen arvelig sykdom som påvirker mucociliary rulletrappen (Figur 2). Personer med CF har mutasjoner i begge kopier av genet (en fra mamma og en fra pappa) som er ansvarlig for å lage et protein som kalles cystisk fibrose transmembrane conductance regulator (CFTR). CFTR danner en kanal over membranene i celler som er involvert i produksjon av svette, fordøyelsesvæsker og slim. CFTR regulerer hvor mye vann ender opp i disse sekreter og dermed hvor tykk og klebrig slim blir. Når kanalen ikke fungerer riktig, har slimet ikke nok vann og blir tykt, som lim. Det ekstraordinært tykke slimet akkumuleres i lungene, i motsetning til normalt, vannaktig slim som lett ryddes av mucociliary rulletrappen, noe som fører til at det tykke slimet bygger opp og til slutt forårsaker luftveisødeleggelse og lungesvikt.Kronisk obstruktiv lungesykdom (KOLS) Er en sykdom som kan oppstå etter røyking av sigaretter eller vaping av e-sigaretter. KOLS kan negativt påvirke mucociliary rulletrapp og forårsake lungesykdom som ligner PÅ MANGE måter Å CF . Skader på mucociliary rulletrappen kan bidra til andre vanlige sykdommer som lungebetennelse og astma, som har lignende, men noen ganger mindre alvorlige problemer med slim.
Konklusjon: Hvorfor Slim, Cilia Og Mucociliary Rulletrapp Saken
Riktig funksjon av mucociliary rulletrappen er nødvendig for sunne lunger. Slim og cilia er en primær forsvarsmekanisme for lungene. Hvis det er et problem med enten slim eller cilia, kan luftveiene bli blokkert og skadelige bakterier og partikler kan bli fanget i lungene, forårsaker skade. Genetiske sykdommer som PCD og CF og ervervede sykdommer som KOLS påvirker negativt mucociliary rulletrappen. Disse lungesykdommene kan resultere i mindre gassutveksling og føre til at resten av kroppen blir hypoksisk. Så husk – når du er hjemme syk med forkjølelse, er slimet du hoster opp fra mucociliary rulletrappen, og det bidrar til å holde lungene lykkelige og sunne ved å fjerne potensielt skadelige partikler og bakterier!
Forfatterbidrag
MW, JP, JK, TB, SP, R-JS og SR bidro til manuskriptforberedelse og endelig redigering. Alle forfattere godkjente det endelige manuskriptutkastet før innsending.
Ordliste
Gassutveksling: prosessen der karbondioksid (CO2) avfall fjernes fra blodstrømmen og erstattes av inhalert oksygen (O2).
Alveoler: luftsekker som utgjør den minste delen av luftveiene; alveoler og kapillære blodkar er i svært umiddelbar nærhet; dette er hvor gassutveksling skjer.
Ledende Sone: delen av luftveiene som ikke er involvert i gassutveksling; formålet med ledningssonen er å flytte luft til og fra luftveiene; hvor mucociliary rulletrappen er plassert; funnet i den proksimale lungen fra luftrøret til bronkiolene.
Respiratorisk Sone: delen av luftveiene hvor gassutveksling oppstår; funnet i den distale lungen der alveolene befinner seg.Cilia: Mobile, hårlignende fremspring på den øvre delen av cellene som forer de ledende sonene i luftveiene; cilia beveger slim langs mucociliary rulletrappen.
Slim: Klebrig, gelignende stoff som sitter på toppen av cilia børsten i ledende sone luftveiene; i lungene er slim laget av bobelceller og kjertler og funksjoner for å beskytte luftveiene mot farlige materialer; slim består av vann, mucin glykoproteiner, forsvarsproteiner og salt.Mucociliary Rulletrapp: Term for apparatet av slim og cilia; ansvarlig for bevegelse av slim opp og ut av luftveiene; slim feller partikler og cilia drive slim opp og ut av lungene.
Interessekonflikt
SR har en ulisensiert patentbruk av mikrooptisk Koherens Tomografi som en diagnostisk enhet, som brukes til å karakterisere den funksjonelle mikroanatomi av mucociliary rulletrappen.de resterende forfatterne erklærer at forskningen ble utført i fravær av kommersielle eller økonomiske forhold som kan tolkes som en potensiell interessekonflikt.
Bekreftelser
forfatterne vil gjerne anerkjenne George D. Phillips (alder 13), S. Corinne Phillips (16 år) og Andrew Rowe (14 år) for å ha lest manuskriptet og deres gjennomtenkte redigeringer og tilbakemeldinger. Jeremie Lever og Basil Bono for å gi uvurderlig støtte for gjennomføringen av dette prosjektet.
Vest, J. B. 2012. Vestens Respirasjonsfysiologi: Det Essensielle. 9. Edn. Baltimore, MD: Lippincott Williams & Wilkins.
Knowles, M. R., Og Boucher, R. C. 2002. Slim clearance som en primær medfødt forsvarsmekanisme for pattedyr luftveiene. J. Clin. Investere. 109:571–7. doi: 10.1172/jci15217
Peabody, J. E., Shei, R. J. I tillegg er det et stort utvalg av de mest populære. 2018. Seeing cilia: imaging modaliteter for ciliary bevegelse og kliniske forbindelser. Er. J. Physiol. Lungecelle. Mol. Physiol. 314: L909-21. doi: 10.1152 / ajplung.00556.2017
Zhang, P., Sommer, W. R., Bagby, G. J., Og Nelson, s. 2000. Medfødt immunitet og pulmonal vert forsvar. Immunol. Åp 173:39-51. doi: 10.1034 / j.1600-065X. 2000. 917306.X
Bustamante-Marin, X. M., Og Ostrowski, L. e. 2017. Cilia og mucociliary clearance. Cold Spring Harbor Perspect. Biol. 9: a028241. doi: 10.1101 / cshperspect.a028241