Слизистая оболочка дыхательных путей покрыта. Влияние аэрозолей на слизистую оболочку дыхательных путей и воздушно-кровяной барьер легкого. Метаболическая функция легких

Дыхательная система. Морфо-функциональная характеристика. Источники развития. Строение респираторных отделов. Воздушно-кровяной барьер. Особенности кровоснабжения легкого.

Дыхательная система — это совокупность органов, обеспечивающих в организме внешнее дыхание, а также ряд важных недыхательных

В состав дыхательной системы входят различные органы, выполняющие

воздухопроводящую и дыхательную (газообменную) функции: полость носа, носоглотка, гортань, трахея, внелегочные бронхи и легкие.

Функции. Внешнее дыхание, т. е. поглощение из вдыхаемого воздуха кисло­рода и снабжение им крови, а также удаление из организма углекислого газа, является основной функцией дыхательной системы.

Среди недыхательных функций дыхательной системы очень важными являются терморегуляция и увлажнение вдыхаемого возду­ха, депонирование крови в обильно развитой сосудистой системе, участие в регуляции свертывания крови, участие в синтезе некоторых гор­монов, в водно-солевом и липидном обмене, а также в голосообразовани и обонянии и иммунной защите.

Развитие. Гортань, трахея и легкие развиваются из одного общего за­чатка, который появляется на 3—4-й неделе путем выпячивания вентраль­ной стенки передней кишки. Гортань и трахея закладываются на 3-й неделе из верхней части непарного мешковидного выпячивания вентральной стен­ки передней кишки. В нижней части этот непарный зачаток делится по сред­ней линии на два мешка, дающих зачатки правого и левого легкого. На 8-й неделе появляются зачатки бронхов в виде коротких ровных трубочек, а на 10—12-й неделе стенки их становятся складчатыми, выст­ланными цилиндрическими эпителиоцитами (формируется древовидно разветвленная система бронхов — бронхиальное дерево). На этой стадии раз­вития легкие напоминают железу (железистая стадия). На 5—6-м месяце эм­бриогенеза происходит развитие конечных (терминальных) и респираторных бронхиол, а также альвеолярных ходов, окруженных сетью кровеносных ка­пилляров и подрастающими нервными волокнами (канальцевая стадия).

Из мезенхимы, окружающей растущее бронхиальное дерево, диффе­ренцируются гладкая мышечная ткань, хрящевая ткань, волокнистая соеди­нительная ткань бронхов, эластические, коллагеновые элементы альвеол, а также прослойки соединительной ткани, прорастающие между дольками легкого. С конца 6-го — начала 7-го месяца и до рождения дифференциру­ется часть альвеол и выстилающие их альвеолоциты 1-го и 2-го типов (аль­веолярная стадия).

Респираторный отдел. Структурно-функциональной единицей респираторного отдела легкого является ацинус. Он представляет собой систему альвеол, расположенных в стенках респираторных бронхиол, альвеолярных ходов и мешочков, которые осуществляют газообмен между кровью и воздухом аль­веол. Аци­нус начинается респираторной бронхиолой 1-го порядка, которая делится на респираторные бронхиолы 2-го, а затем 3-го порядка. В просвет бронхиол открываются альвеолы. Каждая респираторная бронхиола 3-го порядка в свою очередь подразделя­ется на альвеолярные ходы, а каждый альвеолярный ход заканчивается несколькими альвеолярными мешочками. Ацинусы отделены друг от друга тонкими соединительнотканными прослойками.

Респираторные бронхиолы выстланы однослойным кубическим эпители­ем. Мышечная пластинка истончается и распадается на отдельные пучки гладких мышечных клеток. Соединительнотканные во­локна наружной адвентициальной оболочки переходят в интерстициальную соединительную ткань.

На стенках альвеолярных ходов и альвеолярных мешочков располагается несколько десятков альвеол.

Альвеолы разделены тонкими соединительнотканными перегородками, в которых проходят кровеносные капилляры. Между альвеолами существуют сообщения в виде альвеолярных пор. Внутренняя поверхность альвеол выстлана двумя основными видами клеток: респираторными альвеолоцитами (клетки 1-го типа) и секреторными альвеолоцшпами (клетки 2-го типа). Кроме того, у животных в альвеолах описаны клетки 3-го типа — щеточные.

Васкуляризация. Кровоснабжение в легком осуществляется по двум системам сосудов. Легкие получают венозную кровь из легочных артерий, т.е. из малого круга кровообращения. Ветви легочной артерии, со­провождая бронхиальное дерево, доходят до основания альвеол, где они об­разуют узкопетлистую капиллярную сеть альвеол. В альвеолярных капилля­рах эритроциты располагаются в один ряд, что создает оптимальное условие для осуществления газообмена между гемоглобином эритроцитов и альвеолярным воздухом. Альвеолярные капилляры собираются в посткапиллярные венулы, форми­рующие систему легочной вены, по которой обогащенная кислородом кровь возвращается в сердце.

Бронхиальные артерии, составляющие вторую, истинно артериальную систему, отходят непосредственно от аорты, питают бронхи и легочную паренхиму артериальной кровью. Проникая в стенку бронхов, они разветв­ляются и образуют артериальные сплетения в их подслизистой основе и слизистой оболочке. Посткапиллярные венулы, отходящие от бронхов, объединяются в мелкие вены, которые дают начало передним и задним бронхиальным венам. На уровне мелких бронхов располагаются артериоловенулярные анастомозы между бронхиальными и легочными арте­риальными системами.

Воздушно-кровяной барьер. Благодаря взаимоотношению клеток альвеол и капилля­ров барьер между кровью и воздухом (аэрогематический барьер) оказывает­ся чрезвычайно тонким. Местами тол­щина его увеличивается за счет тонких прослоек рыхлой волокнистой со­единительной ткани.

Аэрозольтерапия

Аэрозольтерапия – это метод применения аэрозолей лекарственных веществ (ЛВ). Наиболее часто аэрозоли используют путем вдыхания ЛВ, и процедуру называют ингаляцией.

Аэрозольтерапия в виде ингаляционных процедур относится к доступным, ненагрузочным методам воздействия. При этом введении лекарств исключается травматизация кожных покровов, раздражающее действие на слизистую оболочку пищевода, желудка. Вместе с тем обеспечивается физиологичное, естественное поступление лекарственного вещества и активное местное и общее резорбтивное действие на патологический процесс как в системе органов дыхания, так и на другие системы организма человека.

Аэрозоли, электроаэрозоли: физическая характеристика

Аэрозоли по своим физико-химическим свойствам могут быть отнесены к дисперсным системам. Слово «Аэрозоль» означает воздушный раствор. В отличие от молекулярных растворов в аэрозолях присутствуют свободные частицы диспергированных (измельченных) лекарственных веществ в воздушной среде. Лекарственные аэрозоли -это распыленные в воздухе или в кислороде растворы медикаментов или лекарственных порошков. Одной из главных характеристик лекарственных аэрозолей является величина аэрозольных частиц: дисперсность системы.

По степени дисперсности выделяют 5 групп аэрозолей (табл. 4).

Диспергирование лекарственного вещества приводит к появлению новых свойств. К таковым относятся: увеличение общего объема лекарственной взвеси по сравнению с исходным, значительное увеличение поверхности контакта лекарственного вещества с поверхностью тканей. Гак, если 1 мл жидкости превратить в аэрозоль, состоящий из частиц размером 5 мкм, то образуется 15 000 000 частиц суммарной площадью 12 000 см2.

Нарастает химическая и физическая активность лекарственных частиц, что приводит к повышению фармакологической активности. При диспергировании лекарственных веществ частицы аэрозоля получают электрический заряд, но этот электрический заряд очень мал, поэтому такие аэрозоли называют нейтральными или простыми.

От степени дисперсности зависит стабильность аэрозоля. Так, аэрозоли низкой дисперсности, к которым относят низкодисперсные, мелкокапельные частицы, отличаются неустойчивостью, нестабильностью, поэтому быстро оседал на поверхности, аэрозольные капельки соединяются, сливаются между собой, коагулируют и возвращаются к исходному состоянию.

Коагуляция уменьшает концентрацию частиц, увеличивает размер, ведет к большому расходу раствора лекарственного вещества, уменьшению глубины проникновения аэрозоля. При ингаляции аэрозолей низкой дисперсности имеются большие потери раствора и, как правило, расходуется большое количество ингалируемого вещества. На одну ингаляцию может расходоваться от 25 до 150 мл раствора.

Приготовление аэрозолей высокой дисперсности имеет другую особенность. Эти растворы более устойчивы, аэрозольные частицы долго могут оставаться во взвешенном состоянии, медленнее оседают и при вдохе они свободно вдыхаются, а при выдохе вследствие медленного осаждения их (седиментации) некоторая часть выдыхается.

Седиментация – очень важный физический процесс, так как конечная цель ингаляционной терапии к этому и сводится: проникновению и осаждению аэрозоля в определенных отделах дыхательных путей. Так, аэрозоли с величиной 1 мкм практически не оседают на слизистой дыхательных путей. Аэрозольные частицы величиной от 2 до 5 мкм вдыхаются свободно и преимущественно оседают на стенках альвеол, бронхиол, бронхов II порядка; частицы от 5 до 25 мкм оседают в бронхах I порядка, крупных бронхах, трахее; а частицы от 25-30 мкм и крупнее седиментируют в гортани и на слизистой верхних дыхательных путей.

В дыхательных путях и легких осаждение аэрозоля происходит тремя путями: путем инерционного столкновения (ударения частиц о стенки дыхательных путей), седиментации (осаждения под действием сил гравитации) и броуновского движения или диффузии.

Таким образом, степень дисперсности аэрозоля определяет глубину проникновения и уровень оседания частиц в том или ином отделе дыхательных путей. Монодисперсные аэрозоли с высокой степенью седиментации и глубиной проникновения в настоящее время получают с помощью ультразвукового (УЗ) диспергирования.

Они отличаются высокой степенью стабильности, хорошим уровнем седиментации и достаточной глубиной проникновения. Аэрозоли при УЗ способе получения обладают высокой степенью седиментации еще и потому, что находятся под таким давлением, когда основной поступательной силой их движения в дыхательные пути является только сила самого дыхания.

Поэтому для лечебных целей при заболеваниях легких и бронхов следует использовать аэрозоли высокой и средней степени дисперсности; при болезнях носоглотки, гортани и трахеи применяют аэрозоли низкой степени дисперсности. Нужно помнить, что чем выше скорость движения воздушного раствора, тем меньше седиментация, а следовательно, – лечебный эффект.

Большие потери лекарственного вещества при ингаляции, которые обусловлены как нестабильностью аэрозолей низкой дисперсности, так и недостаточным процессом осаждения аэрозолей высокой и средней дисперсности, побудили исследователей к разработке подходов для устранения этих негативных свойств аэрозолей. Решение было найдено при использовании принудительной подзарядки аэрозольных частиц униполярным электрическим зарядом с помощью индукционного устройства в виде постоянного электрического поля, создаваемого на выходе аэрозолей из распылительного сопла.

Применение этого устройства в медицинских аэрозольных аппаратах дало возможность воздействовать на больного частицами лекарственного вещества, несущими электрические заряды. Такие аэрозоли называют электроаэрозолями. Электроаэрозоли – это аэродисперсная система, где частицы аэрозолей обладают свободным электрическим зарядом только положительной или только отрицательной полярности. Свободный заряд частиц электроаэрозолей может достигать порядка от 103 до 106 с3.

Электрический заряд капель аэрозолей в 3-4 раза превышает заряд у простых аэрозолей. Такие униполярно заряженные аэрозоли препятствуют коагуляции капель, в связи с чем повышается устойчивость аэродисперсной системы. Свободный электрический заряд в аэрозолях противодействует поверхностному натяжению, а при достаточно большом заряде частиц может привести к разрушению капель, увеличивая тем самым дисперсность аэрозолей.

Униполярные аэрозоли равномерно рассеиваются и осаждаются в дыхательных путях. Процент осаждения электроаэрозолей значительно превышает процент осаждения простых аэрозолей.

Механизм лечебного действия

Терапевтический эффект лекарственных аэрозолей достигается их фармакологическими, органолептическими, физико-химическими свойствами и состоянием слизистой оболочки дыхательных путей, функцией мерцательного эпителия, секреторными нарушениями бронхиальных желез, изменениями функции внешнего дыхания.

Аэрозоли со слизистой оболочки носа, носоглотки, трахеи, куда первоначально оседают частицы, всасываются в развитую капиллярную и лимфатическую сосудистую сеть в подслизистом слое. В бронхах всасывание происходит интенсивнее, чем в трахее и наиболее активно выражено всасывание в альвеолах. Вещества, поступающие в лимфу, циркулируют некоторое время в легочном круге лимфообращения и попадают через грудной проток в систему малого круга кровообращения, поступая непосредственно в артериальную кровь, лекарственные вещества минуют барьер печени и проникают во вес ткани. Кроме того, густая сеть лимфатических сосудов создаст условия для концентрации аэрозолей в легочной ткани, пролонгируя действие препарата при медленном поступлении в легочный кровоток.

Лекарственные вещества в легком слабо метаболизируют, мало разрушаются, сохраняя фармакологическую активность.
Реснитчатый эпителий дыхательных путей чувствителен к действию аэрозолей, и растворы солей, кислот, щелочей, Сахаров концентрацией более 2% угнетают функцию ресничек мерцательного эпителия, не обеспечивают эвакуацию слизи и других элементов из дыхательных путей. Резко кислые и щелочные растворы угнетают всасывание лекарственных веществ со слизистой бронхиального дерева, и поэтому ингалировать следует растворы при рН = 6,0-8,0.

Для сохранения активности фармакологических свойств аэрозолей и снижения гиперрсактивности рецепторов дыхательного аппарата температура ингалируемого раствора может колебаться от 30 до 40 °С.

Таким образом, механизм лечебного действия аэрозолей складывается из активного рефлекторного влияния на рецепторы верхних дыхательных путей и легких, локального фармакологического действия в области оседания их и общего резорбтивного эффекта после всасывания и концентрации препарата в лимфе, крови.

Боголюбов В.М., Васильева М.Ф., Воробьев М.Г.

Защитные функции дыхательной системы

В легкие из окружающей среды поступает воздух, содержащий раз­личные примеси в виде неорганических и органических частиц живо­тного и растительного происхождения, газообразных веществ и аэро­золей, а также инфекционных агентов: вирусов, бактерий и др.

Проходя по воздухоносным путям, воздух освобождается от по­сторонних примесей и поступает в респираторный отдел очищенным от пылевых частиц и микроорганизмов, что поддерживает стериль­ность альвеолярного пространства.

Очищение вдыхаемого воздуха от посторонних примесей осуще­ствляется с помощью следующих механизмов: 1) механическая очи­стка воздуха (фильтрация воздуха в полости носа, осаждение на слизистой оболочке дыхательных путей и транспорт мерцательным эпителием ингалированных частиц, чиханье и кашель); 2) действие клеточных (фагоцитоз) и гуморальных (лизоцим, интерферон, лактоферрин, иммуноглобулины) факторов неспецифической защиты.

Механическая очистка воздуха. Слизистая оболочка полости носа вырабатывает за сутки 100—500 мл секрета. Этот секрет, покрывающий слизистую оболочку, участвует в выведении из ды­хательных путей инородных частиц и способствует увлажнению вдыхаемого воздуха. При носовом дыхании наиболее крупные час­тицы пыли (размером до 30 мкм) задерживаются волосяным филь­тром преддверия полости носа, а частицы размером 10—30 мкм оседают на слизистой оболочке носовой полости благодаря турбу­лентному движению воздушной струи. Затем частицы пыли и мик­роорганизмы вместе со слизью перемещаются из передней части полости носа со скоростью 1—2 мм/ч к выходу из него за счет упорядоченного движения ресничек мерцательного эпителия. Из задней части полости носа слизь с осевшими на ней частицами движется со скоростью 10 мм/мин по направлению движения вды­хаемого воздуха к глотке, откуда в результате рефлекторно возни­кающих глотательных движений попадает в пищеварительный тракт.

Из полости носа воздух по воздухоносным путям поступает в трахею и далее в бронхи. Слизистая оболочка трахеи и бронхов продуцирует в сутки 10—100 мл секрета, который покрывает по­верхность слизистой оболочки трахеи и бронхов слоем толщиной 5—7 мкм. Регуляция продукции секрета осуществляется парасим­патическим и симпатическим отделами автономной (вегетативной) нервной системы. Активными стимуляторами секреции являются простангландин E1 и гистамин. Бокаловидные клетки реагируют в основном на механические воздействия. Большую роль в рефлек­торной регуляции секреции играет раздражение ирритантных ре­цепторов блуждающего нерва. С помощью нервной системы регу­лируется не только объем, но и вязкоэластические свойства секрета.

Эскалация (выведение) секрета осуществляется реснитчатым эпи­телием трахеи и бронхов. Каждая клетка мерцательного эпителия имеет около 200 ресничек длиной 6 мкм и диаметром 0,2 мкм, которые совершают координированные колебательные движения с частотой 800—1000 в минуту. Эти клетки образуют поля различного размера. Число клеток реснитчатого эпителия, образующих одно поле, колеблется от нескольких десятков до нескольких сотен. На­правление движения ресничек в одном поле отличается от направ­ления движения в соседних полях, что обусловливает спиралеоб­разный характер выведения секрета. У женщин частота колебаний ресничек несколько выше, чем у мужчин. Источником энергии для движения ресничек служит АТФ. Наибольшая частота колебаний ресничек наблюдается при температуре 37 °С, снижение темпера­туры вызывает угнетение их двигательной активности.

В регуляции двигательной активности ресничек принимает уча­стие автономная нервная система, что подтверждается на следующем опыте: денервация легких у собак вызывает резкое нарушение транс­порта бронхиальной слизи, однако через 4—5 мес. после операции под влиянием периферических нервных механизмов регуляции транспорт слизи полностью восстанавливается. На увеличение ак­тивности ресничек мерцательного эпителия влияют простагландины E1, E2 и лейкотриен С4. К числу экзогенных факторов, тормозящих активность мерцательного эпителия, относится вдыхание табачного дыма.

Пылевые частицы диаметром 3—10 мкм и часть микроорганизмов оседают на слизистой оболочке трахеи и бронхов. Этому способствует прогрессирующее увеличение площади контакта вдыхаемого воздуха с поверхностью слизистой оболочки бронхиального дерева в резуль­тате последовательного его деления на более мелкие ветви. Слизь с прилипшими к ней частицами благодаря движению ресничек перемещается к глотке против направления движения вдыхаемого воздуха. Находящийся в виде капель слизистый секрет в процессе движения образует хлопья, из которых формируются более крупные структуры — диски. Капли транспортируются от одного поля к другому, хлопья и диски — при помощи комбинированного действия ресничек нескольких полей. Скорость эскалации слизи в различных частях бронхиального дерева различна. Медленнее всего осуществ­ляется ее транспорт в бронхах респираторного отдела. В трахее же скорость эскалации слизи может возрастать в 20—40 раз. Время выведения частиц, попавших в легкие с вдыхаемым воздухом, ко­леблется от 1 до 24 ч, у пожилых людей эта величина выше. В результате деятельности ресничек не только освобождаются брон­хи от микроорганизмов, но и сокращается время их контакта с клеткой эпителия до 0,1 с, что затрудняет инвазию микроорганизмов в ткань. Эффективность транспорта зависит как от функционального состояния реснитчатого эпителия, так и от вязкости и эластичности слизи.

Механическое удаление инородных частиц осуществляется также защитными дыхательными рефлексами: чиханьем и кашлем (см. раздел 8.6.2).

Клеточные механизмы неспецифической защиты. Частицы пыли размером менее 2 мкм, а также микроорганизмы и вирусы могут с током воздуха попадать в полость альвеол.

Эпителий, выстилающий респираторный отдел, состоит в основ­ном из дыхательных альвеолоцитов и альвеолярных секреторных клеток (альвеолоцитов I и II типа). Кроме того, из альвеолярных стенок в альвеолярное пространство выступают крупные клетки округлой формы. Такие же клетки находятся в свободном состоянии и в просвете альвеол. Они часто содержат посторонние включения (угольный пигмент, асбестовые нити и др.). Данные клетки, полу­чившие название альвеолярных фагоцитов, являются макрофагами. Продолжительность их жизни от нескольких месяцев до нескольких лет. Альвеолярные макрофаги осуществляют защитную функцию, фагоцитируя попавшие в альвеолярные пространства пылевые час­тицы, микроорганизмы и вирусы. Фагоцитозу подвергаются и струк­туры эндогенного происхождения: компоненты легочного сурфактанта, клетки альвеолярного эпителия и продукты их распада. Аль­веолярные макрофаги движутся по воздухоносным путям и достигают бронхиол, где их дальнейшее продвижение облегчается деятельно­стью ресничек. Затем они с мокротой проглатываются или выделя­ются во внешнюю среду. Часть альвеолярных макрофагов вместе с поглощенными частичками мигрирует с альвеолярной поверхности в интерстициальную ткань, в дальнейшем перемещаясь в составе лимфы. При сердечной недостаточности в легких отмечается застой крови, в результате чего эритроциты попадают в альвеолы, где подвергаются фагоцитозу альвеолярными макрофагами. Последние выделяются в большом количестве с мокротой при кашле, причем благодаря наличию в них железосодержащего пигмента дают поло­жительную гистохимическую реакцию на железо. В фагоцитозе микроорганизмов в дыхательных путях активное участие принимают и нейтрофильные лейкоциты.

Гуморальные механизмы неспецифической защиты. Кроме мукоцилиарного транспорта и фагоцитоза защиту поверхности трахеи и бронхов обеспечивают и неспецифические гуморальные механиз­мы. В бронхиальной слизи содержатся лизоцим, интерферон, лактоферрин, протеазы и другие компоненты.

Интерферон уменьшает количество вирусов, которые колонизи­руют клетки, лактоферрин связывает железо, необходимое для жиз­недеятельности бактерий и благодаря этому оказывает бактериостатическое действие. Лизоцим расщепляет гликозоаминогликаны кле­точной оболочки микробов, после чего они становятся нежизне­способными.

Важным звеном гуморальной системы местного иммунитета яв­ляется секреторный иммуноглобулин A (sIgA), содержание которого в слизи проксимальных отделов бронхиального дерева в 10 раз выше, чем в сыворотке крови. Основное защитное действие sIgA проявляется в его способности агглютинировать бактерии и препят­ствовать их фиксации на слизистой оболочке, а также нейтрализовывать токсины. Кроме того, sIgA в присутствии комплемента осу­ществляет лизис бактерий совместно с лизоцимом. Бронхиальный секрет содержит иммуноглобулины и других классов, являющиеся компонентами общего гуморального иммунитета.

Секреты дыхательных путей

Заболевания дыхательных путей, в том числе и профессиональные, одна из серьезных проблем нашего времени.

Широко известные болезни органов дыхания — пневмония, бронхит, бронхиальная астма, ателектаз (спадение легочной ткани и развитие воспалительных процессов в невентилируемых ее участках), эмфизема легких, бронхоэктазия, абсцесс легких и многие другие — нередко начинаются с нарушений в работе клеток эпителия (покровной ткани), которым выстланы дыхательные пути. И клетки и эпителий называются мерцательными.

Но прежде чем рассказывать о них, несколько слов об органах дыхания человека. Этот совершенный аппарат газообмена согревает поступающий в организм воздух до температуры тела, увлажняет его и отфильтровывает микроорганизмы, пыль, копоть и другие биологические и механические примеси. Воздух через нос, носоглотку и гортань, минуя широко раскрытые связки, направляется в трахею, а затем по крупным и средним бронхам достигает бронхиол и альвеол. Бронхи очень подвижны: на вдохе они расширяются и удлиняются, на выдохе сужаются и сокращаются. Эти ритмичные движения способствуют выведению слизи из глубоких отделов наружу.

За время вдоха холодный воздух проходит довольно короткий участок дыхательных путей (причем с немалой скоростью — 150—180 сантиметров в секунду), но и этого оказывается достаточно, чтобы кровеносные сосуды слизистой оболочки дыхательных путей, главным образом носа, согрели его. Если же, напротив, температура атмосферного воздуха выше требуемой, то слизистая оболочка, обильно испаряя влагу со своей поверхности, снижает ее.

Вдыхаемый воздух должен быть хорошо увлажнен. Эту работу выполняют многочисленные железки и бокаловидные клетки слизистой оболочки. На каждый квадратный сантиметр слизистой носа приходится до 100 слизистых желез. Взрослый человек выделяет через легкие примерно пол-литра жидкости в сутки.

Еще один важный аспект деятельности дыхательных путей. В воздухе постоянно циркулируют газообразные, твердые или жидкие примеси. Особенно, в воздухе городов. Городской воздух — это практически аэрозоль, концентрация пылинок в котором достигает более 10 тысяч частиц в одном кубическом сантиметре. В накуренном помещении в кубометре воздуха содержится до 100 мг дыма. По последним данным, в США выделяется в атмосферу от сжигания нефти в год: углекислого газа — 2,7 биллиона, окиси углерода — 15 миллионов и окисла серы — 19 миллионов тонн. А отходы промышленности и сжигаемый уголь составляют примерно 7 и 5 миллионов тонн в год соответственно пыли и частиц золы (пепла).

Легкие «перелопачивают» в среднем 10—12 тысяч литров воздуха в сутки. Дыхательные пути фильтруют его, отделяя твердые и жидкие примеси. Грубые частички улавливаются уже в носу. Частички диаметром до 5 микрон (тысячных долей миллиметра) проникают с потоком воздуха глубже и оседают в бронхиальном дереве, а еще меньшие частицы — в легочных альвеолах. И если бы дыхательные пути не обладали способностью самоочищаться, выводить пыль обратно, то за несколько дней они были бы полностью закупорены и человек погиб бы от удушья.

Каким же образом выводится пыль? Эту работу выполняет мерцательный эпителий, покрывающий слизистую оболочку дыхательных путей от носа до мельчайших бронхиол. Мерцательные клетки — настоящие «дворники» органов дыхания. Без устали, днем и ночью, всю жизнь «выметают» они посторонние примеси, освобождая дорогу воздуху в самые дальние альвеолы.

Каждая клетка эпителия мерцает с частотой 100 и более ударов в минуту. На мерцательной клетке, на ее свободной поверхности, как бы растут мерцательные волоски-реснички. Это тонкие нитевидные образования длиной до 10 микрон. У каждой клетки десятки ресничек. Оболочка реснички — это, по сути, продолжение оболочки клетки. Движение реснички заложено в самой биологической сущности клеток, в их обменных процессах. Большое значение имеет эластичность реснички и поверхностное ее натяжение. С физической точки зрения ресничку можно представить себе как некую жидкость, стремящуюся принять форму шара. Однако этому противодействует скелет реснички, ее плотная осевая часть.

Какова же ультраструктура реснички? Предполагают, что она образована из девяти периферийных фибрилл — соединительнотканных образований. Жесткость реснички в движении приписывают двум центральным фибриллам, хотя нельзя исключить и тургор — внутреннее давление, действующее на ее оболочку.

Реснички на мерцательных клетках дыхательных путей тесно сцеплены наподобие ворса в ковре, поэтому детально изучить их движение в отдельности чрезвычайно трудно. Для них типично колебание в одной плоскости. Движение ресничек отдельной клетки и всего эпителиального пласта строго координировано: каждая предыдущая ресничка в фазах своего движения опережает на определенное время последующую. Поэтому поверхность мерцательного эпителия ходит волнами, мерцает (отсюда и название), напоминая хлебное поле, волнуемое ветром. Отдельные клетки, выделенные из мерцательного пласта, в подходящих условиях движутся также вполне координирование. Каждая из них представляет собой автономную единицу, работа которой строго согласована с работой всех других клеток мерцательного поля. В свою очередь (и одновременно), сама клетка координирует автоматические движения ресничек.

Нервная система организма, конечно, оказывает свое влияние и на функции ресничек, и на согласованность работы мерцательного ноля. Но и изолированная от нее мерцательная клетка действует автоматически. Мерцательный эпителий долго может жить после смерти организма. Полиостью изолированный кусочек мерцательного эпителия сохраняет моторную, двигательную функцию до нескольких суток. Этим лишний раз демонстрируется автоматизм работы клеток.

Как и угловая скорость верхушки реснички, движение, вызванное деятельностью мерцательного поля, довольно замедлено — от 0,5 до 3 сантиметров в минуту. Несмотря на свою ничтожную величину, мерцательные волоски могут передвигать сравнительно крупные частицы, заметные даже для невооруженного глаза. Так, мерцательный эпителий пищевода лягушки, растянутый горизонтально, легко перемещает пятиграммовый груз, медленнее — десятиграммовый, а уже 15 граммов движутся едва заметно.

При нарушениях функции мерцательного эпителия в участках угнетения его активности (пылью, газами, аллергенами, бактериями или вирусами), особенно в местах перерождения клеток, слизистая оболочка перестает удалять инородные частицы и продукты секреции, резко снижается ее устойчивость к инфекции, слизь застаивается, создаются благоприятные условия для заболеваний. Слизь, подсыхая, образует плотные пробки, закупоривающие просветы бронхов. Воздух в глубины легких не проходит. А оставшийся там рассасывается. Это и приводит к ателектазу.

Здоровый же мерцательный эпителий активно препятствует развитию инфекционного воспалительного процесса. Прежде всего на это направлена очищающая функция эпителиального покрова. Попадающие на поверхность слизистой оболочки носа частицы движутся по ней, как по эскалатору, со средней скоростью 10 эпителиальных клеток в секунду. Болезнетворный агент соприкасается с одной клеткой, таким образом, не долее 0,1 секунды, а этого времени ему, по расчетам, слишком мало, чтобы успеть повредить здоровую клетку.

Как же помочь слизистой оболочке выполнять свою сложную, многогранную функцию? Особенно это важно для профилактики и лечения профессиональных заболеваний. Ведь на производствах, где много пыли, нагрузка на мерцательный эпителий слишком велика. А угольная пыль, если не принять мер, может вызвать, скажем, пневмокониоз. Защитные рефлексы слизистой оболочки гортани надежно перекрывают доступ в дыхательные пути воде в ее обычном состоянии, лекарственным растворам, эмульсиям. Любые частицы, жидкие или твердые, размером более 50 микрон заставляют голосовые связки смыкаться, вызывают сильный кашель.

Как же в таком случае произвести лечебное или профилактическое промывание дыхательных путей? Для этого успешно используются аэрозоли минеральной, морской или простой воды. Мельчайшие ее капельки в виде тумана проходят вместе с воздухом через барьеры рефлексов гортани во все участки дыхательных путей, оседают на слизистой оболочке. Аэрозоли водных растворов растворяют густую слизь и корочки, освобождают замурованные в них мерцательные реснички, увлажняют вдыхаемый воздух, нейтрализуют вредные химические вещества, проникшие и осевшие в дыхательных путях. Так как слизь в основном белковой природы, то к аэрозолям добавляются протеолитические (растворяющие белки) ферменты: трипсин, хемопсин, лидаза, ацетилцистеин и другие. Ферменты расщепляют белок на легко растворимые в воде аминокислоты, и мерцательный эпителий легко выводит их из дыхательных путей. Больной с упорным сухим кашлем, возникающим на почве закупорки дыхательных путей слизью, пробками, корочками, после курса ингаляций такими аэрозолями испытывает огромное облегчение: прекращается кашель, дыхание становится глубоким и свободным.

Для активного воздействия на инфекцию, бактериальную или вирусную, применяют аэрозоли антибиотиков, сульфаниламидов, нитрофуранов, антисептиков, интерферона. При этом в органах дыхания создаются высокие концентрации препарата, подавляющие рост бактерий и развитие вирусов. Токсическое действие инфекции на мерцательные клетки ликвидируется, и они выводят из органов дыхания убитые или подавленные микроорганизмы и вирусы. Лекарственный аэрозоль действует на очаг поражения эффективнее и экономнее, чем лекарство, принятое внутрь, или инъекции.

Использование аэрозолей особенно эффективно для профилактики и лечения профессиональных заболеваний. Многие шахты и другие подобные им крупные предприятия располагают хорошо оснащенными профилакториями и санаториями, в которых медики зорко следят за здоровьем рабочих и инженерно-технических работников.

Ученые установили: если шахтеры за 5—10 минут до и после работы в шахте получают ингаляции соляно-щелочных и йодистых растворов, то профессиональная заболеваемость резко снижается, усиливается функция мерцательного эпителия, меньше оседает пыли в дыхательных путях и легких, предупреждается кашель. Такая профилактика экономит производству рабочие ресурсы.

Эпителий состоит из мерцательных клеток, имеющих на поверхности 20 — 30 постоянно колеблющихся ресничек.

Ресничка состоит из двух осевых стержней и девяти опорных фибрилл: вверху — под электронным микроскопом, внизу — схематический разрез одной реснички (1 — фибриллы, 2 — осевая часть).

Расстояние между ресничками (в микрометрах) 1,5, толщина реснички — 0,3, высота — 10 (слева).
Основной физиологический элемент, очищающий дыхательные пути от попавших в них с воздухом примесей,— мерцательный эпителий. Им покрыта вся поверхность внутренней стенки дыхательных путей (справа).

Две фазы движения реснички: активного удара и возврата в исходное положение.

Огромное количество бокаловидных клеток и слизистых желез выделяет до 500 мл жидкости, стимулирующей мерцательную функцию и удаление инородных примесей из дыхательных путей (на фотографии одна из них).

При ингаляции лечебных аэрозолей частицы в зависимости от своих размеров могут проникать в более глубокие отделы дыхательных путей (справа) или оседать в верхних отделах (слева).

Доктор медицинских наук С. Эйдельштейн, кандидат медицинских наук Е. Цивинский.