МЕХАНИЗМЫ ЛЕГОЧНОГО КЛИРЕНСА
Легочный клиренс относится к одному из основных механизмов защиты бронхолегочной системы и включает целый ряд физических и химических компонентов, противоинфекционных факторов. Термин клиренс (сlearence) обозначает «очищение, удаление».
Механизм легочного клиренса у здоровых является сложным, является первой линией защиты бронхов и включает следующие основные звенья:
Известно, что мукоцилиарный клиренс бронхов слагается в основном из продукции бронхиального секрета, покрывающего респираторный тракт, и его передвижения ресничками мерцательного эпителия, причем оба эти механизма функционально взаимосвязаны и представляют собой единую функциональную систему.
Объем секреции слизи составляет у здоровых 10 – 100 мл в день. Мерцательный эпителий и секретирующие клетки покрывают всю поверхность трахеобронхиального дерева и толщина этого слоя составляет в среднем 5 – 7 мкм. Бронхиальный секрет является сложным по составу и физико-химическим характеристикам. В его состав входят продукты деятельности бокаловидных клеток, сурфактант альвеол, компоненты плазмы крови, секретируемые белки, клеточные элементы. По физико-химическим свойствам бронхиальный секрет состоит из двух фаз: нерастворимой (гель) и растворимой (золь). Поверхностная, более плотная и вязкая, нерастворимая фаза – гель состоит в основном из гликопротеидов высокой молекулярной массы и муцинов. Ее касаются лишь верхушки ресничек мерцательного эпителия. Более глубокая, растворимая, жидкая фаза секрета, в которой совершают свои колебательные движения реснички мерцательного эпителия, состоит преимущественно из воды (95%), содержащей ионы Na+, Cl-, Ca 2+ и макромолекулярных соединений, включающих протеины и гликопротеиды, энзимы, иммуноглобулины, фосфолипиды [2, 5, 6].
Длительное влияние этиологических факторов развития ХОБЛ сопровождается гипертрофией, гиперплазией и гиперфункцией бокаловидных железистых клеток, отмечается гиперплазия/метаплазия клеток Гоблета. Запускается один из первых патологических процессов в дыхательных путях - мукоцилиарная дисфункция. Усиливается секреция слизи, происходит ее комулирование. Гиперсекрецию слизи стимулируют различные медиаторы и протеиназы. Цитокины и продукты жизнедеятельности микроорганизмов (H. influenzae, S. pneumoniae, Pseudomonas aer.) ведут к замедлению колебательных движений ресничек. Отмечаются явления гиперсекреции и дискринии, увеличивается количество мокроты, изменяется ее качество, соотношение вязкость/эластичность бронхиального секрета. К повышению вязкости секрета приводит увеличение количества фукомуцинов и уменьшение сиаломуцинов [7].
Мукоцилиарная дисфункция является одной из главных составляющих неэффективного легочного клиренса. Увеличение вязкости слизи (гелевой фазы) затрудняет движение ресничек. Повреждается система эскалаторного механизма очищения бронхов за счет «затапливания» ресничек мерцательного эпителия и нарушения их ритмических движений (рис. 2.1.1). Скорость мукоцилиарного транспорта уменьшается на 10 – 55 %. При нарушении механизмов очищения бронхов за счет скопления секрета, его застоя и образования слизистых пробок усиливается бронхиальная обструкция, возрастает риск легочной инфекции и бактериальной колонизации [6, 9].
Трахеобронхиальный реснитчатый эскалаторный механизм, играя ведущую роль в поддержании стерильности нижних дыхательных путей, транспортирует бактерии, чужеродные частицы вместе с бронхиальной слизью, в глотку. Это так называемая «механическая» элиминация. Секрет, представляющий собой защитное покрытие дыхательных путей, двигается от терминальных бронхиол в направлении трахеи со скоростью 11,3+/-2,3 мм/мин. за счет биения ресничек мерцательного эпителия. Модель движения ресничек мерцательного эпителия представлена на рисунке 2.1.2. Частота биения ресничек составляет около 8 – 15 Hz. Одна клетка мерцательного эпителия имеет около 150 – 200 ресничек. C. Clary-Meinesz, J. Mouroux, P. Huitorel et al. (1997), используя современные имиджтехнологии, определили частоту биения ресничек в различных отделах бронхиального дерева. В проксимальных бронхах она составила в среднем 7.1+\-1.29 Hz, а в периферических бронхиолах на 35 % меньше – 4.6+\-1.39 Hz.
Слизь перемещается из более низких отделов дыхательных путей в зев не только эскалаторным механизмом мукоцилиарного клиренса, но и потоком воздуха. Этот механизм в англоязычной литературе называется «Cephalad Airflow Bias». Суть заключается в том, что при нормальном дыхании скорость воздушного потока в дыхательных путях во время выдоха больше, чем во время вдоха. Это объясняется тем, что во время выдоха диаметр дыхательных путей меньше, чем в фазу вдоха.
Кашель - один из наиболее важных компонентов легочного клиренса, представляющий второй уровень защиты бронхов [1,4]. Кашель - это защитный рефлекс, задача которого заключается в удалении из дыхательных путей мокроты, частиц пыли и дыма. У больных с ХОБЛ гиперпродукция секрета и развитие мукоцилиарной недостаточности приводит к кашлю и выделению мокроты. Кашель появляется тогда, когда «эскалаторный механизм» перестает справляться со своей функцией.
Рефлекторная дуга кашля включает: 1) кашлевые рецепторы; 2) афферентные нервы; 3) медуллярный кашлевой центр; 4) эфферентные нервы; 5) эффекторы (дыхательные мышцы).
Традиционно выделяют три фазы кашля:
- инспираторную,
- компрессионную,
- экспираторную.
Инспираторная фаза. Ей предшествует кашлевое раздражение, за которым следует ощущение в необходимости кашля. Во время рефлекторного открытия голосовой щели происходит глубокий форсированный вдох с участием всех инспираторных мышц. Объем вдыхаемого воздуха может варьировать от 50% дыхательного объема до 50 % жизненной емкости легких. Длительность этой фазы около 2 секунд.
Компрессионная фаза. Рефлекторно закрываются верхние дыхательные пути – голосовые связки и голосовая щель. Затем происходит резкое сокращение экспираторных мышц – внутренних межреберных и брюшных. Особенно важное значение имеют брюшные мышцы, создающие основную движущую силу. Фаза характеризуется быстрым повышением внутригрудного и внутрибрюшного положительного давления, которое остается повышенным приблизительно 0,5 секунды. Величина внутригрудного давления при спокойном дыхании составляет 2-7 мм рт. ст., а при кашле достигает значений 250-300 мм рт. ст. Для эффективного откашливания необходимо повышение внутригрудного давления минимум до 40 мм рт. ст.
Экспираторная фаза. Это фаза собственно откашливания. Приблизительно через 0,2 секунды после завершения компрессии голосовая щель рефлекторно открывается, создается перепад давления и турбулентный поток воздуха резко выбрасывается из дыхательных путей, увлекая за собой содержимое бронхов. Происходит толчкообразный, стремительный выдох, как правило, через рот (носовая полость закрывается мягким нёбом и язычком). Мокрота вибрирует в дыхательных путях, вызывая характерный кашлевой звук. При этом скорость движения воздуха в дыхательных путях в 20-30 раз превышает таковую при обычном дыхании и составляет в трахее, средних и крупных бронхах 30-40 м/с, в голосовой щели 50-120 м/сек. Объемная скорость воздушного потока достигает 12 л/сек. Струей воздуха из дыхательных путей в полость рта увлекаются слизь и скопления элементов, образующих мокроту, а также чужеродные вещества, попавшие в дыхательные пути.
Кашель оказывается несостоятельным при понижении возбудимости кашлевого центра, которое зависит от возраста (грудные дети, старики), отмечается во время наркоза, в послеоперационном периоде, в глубоком сне. Неэффективный кашель (inef-fective cough, то есть не выполняющий в достаточной мере свою дренажную функцию, может способствовать аккумулированию слизи в бронхах, вспышке бактериальной инфекции, ухудшению бронхиальной проходимости, развитию ателектазов (рис.2.1.4.)
При ХОБЛ возможность удаления секрета снижается при развитии тяжелой дыхательной недостаточности и утомлении дыхательной мускулатуры.
Нарушение мукоцилиарного клиренса является пусковым звеном «порочного круга» бактериальной колонизации и прогрессирования ХОБЛ. Sanjay Sethi (2000), рассматривая роль инфекционного фактора в прогрессировании ХОБЛ, разработал структуру этой гипотезы «порочного круга» (рис. 2.1.5). Повреждение эпителия крупных бронхов ведет к бактериальной персистенции, а малых бронхов к бронхиолиту, что вызывает обструкцию дыхательных путей, которая также ухудшает легочный клиренс. Важный компонент гипотезы «порочного круга» включает повреждающее действие бактерий и бактериальных продуктов на эпителиальные клетки, стимулирование секреции слизи, повы-шение активности нейтрофильной эластазы, которая ингибирует цилиарную активность и повреждает реснитчатый эпителий. Другая часть «порочного круга» включает компонент нарушения баланса эластазы – антиэластазы, увеличение матричных белков.
Следует подчеркнуть, что обострение ХОБЛ, вследствие бактериального или вирусного воздействия, также сочетается с редукцией мукоцилиарного клиренса, гиперсекрецией слизи, повреждением эпителия, бронхообструктивной реакцией (рис.2.1.6).
Современные методы менеджмента легочного клиренса строятся с учетом современных представлений о патофизиологических звеньях его нарушений. Для улучшения легочного кли-ренса у больных ХОБЛ и другими заболеваниями органов дыхания, используют методы фармакотерапии и немедикаментозные (физиотерапевтические) технологии. Считается целесообразным сочетание этих методов (табл. 2.1.1).
Таблица 2.1.1
Литература
1.Чучалин А.Г. Кашель (патофизиология, клиническая интерпретация, лечение) / А.Г. Чучалин, В.Н. Абросимов. – Рязань: ООО Бюро рекламы «Мила», 2000. – 104 с.
2.Boucher R.C. Relationship of Airway Epithelial Ion Transport to Chronic Bronchitis / R.C. Boucher // The Proceedings of the American Thoracic Society. – 2004. – 1: 66 – 70.
3.Clary-Meinesz C. Ciliary beat frequency in human bronchi and bronchioles / C. Clary-Meinesz [et al.] // Chest. – 1997. – 111: 692 – 697.
4.Hess D.R. Airway Clearance: Physiology, Pharmacology, Techniques, and Practice / D.R. Hess // Respiratory care. – 2007. – 52(10): 1392 – 1396.
5.Houtmeyers E. Regulation of mucociliary clearance in health and disease / E. Houtmeyers [et al.] // Eur. Respir. J. – 1999. – 13: 1177 – 1188.
6.Knowles M.R. Mucus clearance as a primary innate defense mechanism for mammalian airways / M.R. Knowles, R.C. Boucher // J. Clin. Invest. – 2002. – 109(5): 571 – 577.
7.Randell S.H. Effective Mucus Clearance Is Essential for Respiratory / S.H. Randell, R.C. Boucher // Health. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. – July 1, 2006. – 35(1): 20 – 28.
8.Rubin B.K. Physiology of Airway Mucus Clearance / B.K. Rubin // Respir. Care. – 2001. – 47(7): 761 – 768.
9.Sethi S. Bacterial Infection and the Pathogenesis of COPD / S. Sethi // Chest. – 2000. – 117: 2863 – 2913.
10.White A.J. Chronic obstructive pulmonary disease • 6: The aetiology of exacerbations of chronic obstructive pulmonary disease / A.J. White, S. Gompertz, R.A. Stockley // Thorax. – 2003. – 58: 73 – 80.
