5 курс / Госпитальная педиатрия / 1 том Респираторная медицина

иклиренс альвеолярной жидкости. Относительно недавно было показано, что выброс цитокинов при повреждении легких, таких как TGFβ, TNF-α

иIL-1β, снижает экспрессию и активность натриевых каналов [52, 47, 53] наравне с показателем клиренса альвеолярной жидкости [47, 53]. Компоненты микробной клетки также могут изменять транспорт Na+ и жидкости. Синегнойная палочка уменьшает показатель транспорта Na+ и жидкости через АЭ [54], а вирус гриппа может изменять активность ENaC в альвеолоцитах II типа

иснижать клиренс альвеолярной жидкости [55, 56]. Респираторно-синцитиальный (РС) вирус, активируя высвобождение нуклеотидных оснований, также ингибирует транспорт Na+ и клиренс альвеолярной жидкости [57].

Ограничения агонистов β-адренорецепторов. Агонисты β-адренорецепторов могут оказывать положительный эффект при остром повреждении легких, но их потенциал может быть ограничен вследствие следующих факторов [33]: АЭ может быть слишком поврежден, чтобы отвечать на терапию β-агонистами, а циркулирующие факторы воспаления также могут снизить эффект β-аго- нистов. Например, при наличии повышенного давления в левом предсердии предсердный натрийуретический пептид может ингибировать эффект β-агонистов на показатель клиренса альвеолярной жидкости [33]. При продолжительном геморрагическом шоке агонисты цАМФ не могут стимулировать клиренс альвеолярной жидкости, так как оксидативный стресс и повреждение сни-

жают чувствительность эпителия к β2-агонистам [33]. Кроме того, изменения в активности экспрессии ионного транспортного механизма также меняет терапевтический эффект β-агонистов [33]. В экспериментах было показано, что при снижении экспрессии ENaC наблюдалось не только снижение амилорид-чувствительного клиренса альвеолярной жидкости, но и подавление чувствительности к тербуталину для стимуляции клиренса альвеолярной жидкости [27]. Эти результаты могут объяснить отсутствие эффекта стимуляции β-агонистами клиренса альвеолярной жидкости на модели повреждения легких вследствие ише- мии-реперфузии [43], так как в легких наблюдалось значительное снижение экспрессии ENaC. Изменение экспрессии хлоридного канала трансмембранного регулятора МВ (CFTR) также может быть важным в поддержании чувствительности к β-агонистам, так как существует взаимодействие CFTR и β-адренорецепторов [58]. У мышей без данных рецепторов также наблюдалась сниженная чувствительность к β-агонистам [59]. Таким образом, снижение экспрессии в поврежденной ткани ENaC или CFTR приводит к падению чувствительности к терапии β-агонистами. Однако если существует возможность влиять на экспрессию, мы смогли бы восстановить чувствительность к стимуляции β-агонистами. Например, терапия ГК

подавляет эффект TNF-α на экспрессию ENaC и восстанавливает нормальную абсорбцию жидкости через АЭ [60]. Кроме того, протективная стратегия ИВЛ позволяет сохранить нормальные транспортные свойства АЭ у больных с острым повреждением легких [61].

Заключение

В целом, данные наблюдения показывают, что при остром повреждении легких может наблюдаться как активация, так и подавление транспорта Na+ и Cl–. Поскольку нарушения клиренса альвеолярной жидкости не являются одинаковыми в разных моделях повреждения легких, возможно, несколько механизмов являются причиной формирования дисфункции АЭ. Кроме того, основываясь на гетерогенности ответа, можно заключить, что различные варианты изменений при повреждении легких определяют различные варианты нарушения клиренса альвеолярной жидкости от интактного до нарушенного состояния. Наконец, выраженность апоптоза и некроза в альвеолоцитах I и II типа также имеет определенное значение [62].

Несмотря на то что существует множество видов лечения, которые могут усилить клиренс альвеолярной жидкости in vivo, наиболее обещающей терапией является использование β-аго- нистов [30, 35], особенно после подтверждения данных, что назначение β-агонистов может уменьшать количество внесосудистой жидкости в легких у пациентов с острым повреждением легких [34]. Однако фармакологические способы коррекции не являются единственным терапевтическим вмешательством. На основании экспериментальных работ J.A. Frank и соавт. было показано, что протективная вентиляция легких снижает летальность среди пациентов с острым повреждением легких, в том числе за счет улучшение клиренса альвеолярной жидкости [63]. Таким образом, очень важно наличие нескольких стратегий, направленных на оптимизацию функции АЭ, так как степень повреждения эпителия и эндотелия сильно варьирует среди пациентов с острым повреждением легких. В дальнейшем необходимо разрабатывать биохимические и функциональные маркеры эпителиального повреждения для оценки степени тяжести больных с острым повреждением легких.

Список литературы

См.

3.3. Эпителий дыхательных путей и образование секрета

Т.Н. Молостова

Эпителиальные ткани — древнейшие гистологические структуры, которые в фило- и онтогенезе возникают первыми. Они покрывают внешние и

внутренние поверхности тела, полостей, органов и сосудов, а также формируют железы. Различают два главных типа: поверхностные (покровные и выстилающие) и железистые эпителии. Эпителий дыхательных путей покрывает всю поверхность респираторного тракта и формирует железы, вырабатывающие секрет [1, 2].

Источником развития эпителиальной части воздухоносных путей (начиная с гортани) и респираторных отделов легких являются стволовые клетки вентральной поверхности глоточного отдела передней кишки. Отделы дыхательной системы закладываются на 3–4-й неделе эмбриогенеза последовательно друг за другом путем роста и ветвления исходного выроста первичной глотки [1, 2]. Последующий морфогенез и альвеоляризация приводят к тому, что зрелые легкие содержат более 300 млн альвеол [14, 81, 86].

Строение и функции эпителия дыхательных путей

Покровный эпителий дыхательных путей

Покровный эпителий — это пласт эпителиоцитов, вплотную прилегающих друг к другу и тесно связанных между собой. Дыхательные пути покрывает многорядный мерцательный эпителий, его строение представлено на рис. 3.11, см. .

Эпителий располагается на базальной мембране, толщина которой составляет от 0,01 до 1 мкм. Она отделяет эпителий от подлежащей ткани — рыхлой волокнистой соединительной ткани. Причем часть компонентов базальной мембраны синтезируется самими эпителиальными клетками, а другая часть — клетками подлежащей соединительной ткани. Базальная мембрана представляет собой соединение фибриллярных структур и аморфного вещества, состоящего из протеогликанов, гликопротеинов и гликозаминогликанов [1, 80]. Гликопротеины — фибронектин и ламинин, выполняют функцию адгезивного субстрата, с помощью которого к мембране прикрепляются эпителиоциты. Кроме того, гликопротеины индуцируют пролиферацию и дифференцировку эпителиоцитов при регенерации эпителия. Протеогликаны и гликозаминогликаны создают упругость мембраны и характерный для нее отрицательный заряд, от которого зависит ее избирательная проницаемость для электролитов, а также способность накапливать в условиях патологии токсины, сосудоактивные амины и комплексы из антигенов и АТ [2, 80]. Покровный эпителий не имеет сосудов, питание эпителиоцитов осуществляется методом диффузии через базальную мембрану.

Для эпителия дыхательных путей характерна полярность — эпителиальные клетки имеют базальный отдел, обращенный к базальной мембране, и апикальный или верхушечный отдел, которые отличаются по строению. Реснитчатые

икаемчатые клетки в верхушечном отделе имеют реснички и микроворсинки [22].

Микроворсинки представляют собой цилиндрические пальцеобразные выросты цитоплазмы эпителиальных клеток, покрытые плазмолеммой. Размер микроворсинок составляет 100 нм. Форма и положение микроворсинок поддерживаются благодаря наличию в них, как и в других областях цитоплазмы, цитоскелета, представленного микрофиламентами — нитями из белка актина, которые расположены вдоль оси микроворсинки. При световой микроскопии микроворсинки сливаются в непрерывную и узкую оксифильную каемку на апикальной поверхности клеток, которая называется щеточной, а клетки — каемчатыми [1, 11, 80].

Реснички — это тоже выросты цитоплазмы эпителиальных клеток, покрытые плазмолеммой. В отличие от микроворсинок, они вдвое толще по диаметру — 200 нм, и образованы не микрофиламентами, а микротрубочками, которые придают способность ресничкам к волнообразным движениям, что вызывает перемещение окружающей их жидкости в определенном направлении [1, 11, 80].

Реснички хорошо различимы даже под световым микроскопом (рис. 3.11, см. ).

Эпителиальные клетки, выстилающие просвет дыхательных путей, имеют разную форму и размер, поэтому их ядра лежат на трех разных уровнях эпителиального пласта: в верхнем ряду — ядра реснитчатых клеток, в нижнем — ядра базальных

клеток, а в среднем — ядра вставочных, бокаловидных и эндокринных клеток (рис. 3.11, см. ). Реснички расположены на апикальной поверхности клеток, образующих поверхностный ряд ядер

иобращены к просвету дыхательных путей. Такая организация складывается потому, что в данном эпителии присутствуют клетки нескольких видов [2, 80].

Клеточный состав эпителия трахеобронхиального дерева (рис. 3.12, см. ) представлен основными клетками.

1.Реснитчатые эпителиоциты — высокие, столбчатой (призматической) формы, сохраняют связь с базальной мембраной с помощью узкой ножки, а на апикальной поверхности клетки находится примерно до 250 ресничек длиной 3–5 мкм. Реснички мерцают в направлении, противоположном вдыхаемому воздуху, наиболее интенсивно при оптимальной температуре (18–33 °С) и в слабощелочной среде. Мерцание ресничек (до 250 в минуту) обеспечивает выведение слизи с осевшими на ней пылевыми частицами вдыхаемого воздуха и микробами (мукоцилиарный транспорт). Эти клетки имеют разнообразные рецепторы: адренорецепторы, холинорецепторы, глюкокортикоидные рецепторы, рецепторы гистамина, аденозина и др. Реснитчатые клетки составляют ведущий клеточный дифферон и определяют название всего эпителиального

пласта. По мере уменьшения просвета воздухоносных путей высота реснитчатых клеток снижается [22].

2.Бокаловидные клетки (мукоциты, экзокриноциты) — крупные, со светлой цитоплазмой, заполненной слизистым секретом. Находятся между реснитчатыми клетками и относятся к железистому эпителию. Секретируют на поверхность эпителия слизь (муцины), которая примешивается к секрету желез подслизистой основы, увлажняет поверхность эпителиального пласта и защищает его от механических, инфекционных и других воздействий. Слизь содержит иммуноглобулины, выделяемые плазматическими клетками, которые находятся в собственной пластинке слизистой оболочки [22, 56].

3.Базальные эпителиоциты, или короткие вставочные клетки, — это клетки овальной или треугольной формы, располагающиеся на базальной мембране в глубине эпителиального пласта и сохранившие способность к митотическому делению и дифференциации

вдругие клетки, благодаря чему участвуют

вфизиологической и репаративной регенерации эпителия. По мере их специализации

вцитоплазме появляются тонофибриллы и гликоген, увеличивается количество органелл [1, 2, 22].

4.Длинные вставочные клетки (на схеме не показаны) — это переходные клетки, находящиеся на стадии дифференцировки в реснит-

чатые или бокаловидные клетки [3].

Другие клетки в составе эпителия дыхательных путей (рис. 3.12, см. ).

1.Эндокриноциты — немногочисленные клетки, около 0,1%, представлены несколькими типами (Е, С, D, Р), располагаются поодиночке, находятся в эпителии от трахеи до мелких бронхов, имеют пирамидальную форму, округлое ядро и содержат в цитоплазме мелкие гранулы с кальцитонином, норадреналином, серотонином и другими веществами, влияющими на тонус гладкомышечной ткани воздухоносных путей. Под воздействием поступающих к ним нервных импульсов выделяют пептидные гормоны и биогенные амины с бронходилатирующим или бронхоконстрикторным действием и влияют на просвет бронхов, тем самым участвуют в регуляции объема вентилируемого воздуха [22, 76].

2.М-клетки (безреснитчатые эпителиоциты) — в апикальных частях содержат скопления гранул гликогена, митохондрии и секретоподобные гранулы, постоянно присутствуют в эпителии и передают лимфоцитам информацию об антигенах [22, 80].

казаны) — разновидность макрофагов (образуются из моноцитов) и тоже представляют антигены лимфоцитам. Чаще встречаются в верхних воздухоносных путях и трахее, где захватывают антигены, вызывающие аллергические реакции. Эти клетки имеют рецепторы Fc-фрагмента IgG, С3-комплемента. Они вырабатывают цитокины, ИЛ, ФНО, стимулируют Т-лимфоциты и морфологически сходны с клетками Лангерганса эпидермиса: имеют отростчатую форму с многочисленными отростками, проникающими между другими эпителиальными клетками, дольчатое ядро, содержат в цитоплазме специфические пластинчатые гранулы в виде теннисной ракетки (гранулы Бирбека) [22, 79].

4.Микроворсинчатые (щеточные, каемчатые) эпителиоциты — снабжены на апикальной поверхности микроворсинками, располагаются в дистальном отделе воздухоносных путей, имеют на микроворсинках хеморецепторы и реагируют на изменения химического состава воздуха, циркулирующего в воздухоносных путях [16, 22].

5.Клетки Клара, или СК (бронхиолярные экзокриноциты), — крупные клетки с куполообразной верхушкой, не имеют ресничек и микроворсинок, содержат округлое ядро, хорошо развитую эндоплазматическую сеть агранулярного типа, комплекс Гольджи, немногочисленные электронно-плотные секреторные гранулы [1, 2, 26, 27]. Находятся в эпителии терминальных бронхиол, альвеолярных ходов и мешочков (между входами в альвеолы). Клетки Клара выполняют по крайней мере четыре функции в легких: регенераторную — служат в качестве клеток-предше- ственников для самих себя и для реснитчатых эпителиальных клеток [57, 62, 63]; осуществляют детоксикацию вредных веществ, содержащихся во вдыхаемом воздухе, — участвуют в метаболизме ксенобиотиков через монооксигеназную систему цитохрома P450 [64–67]; предупреждают слипание стенок бронхиол (альвеолярных ходов, альвеолярных мешочков) и разрастание соединительной ткани путем секреции поверхностно-активных веществ [68–70] и модуляторов воспаления (ингибиторов лейкоцитарных и трипсиноподобных протеаз) [1, 58, 71–73]. Также клетки Клара участвуют в регуляции баланса жидко-

сти, воздействуя на ионные каналы [74, 75]. Всего клеточный состав дыхательных путей на-

считывает почти 50 различных типов клеток, по крайней мере 12 из которых являются эпителиальными клетками на поверхности дыхательных путей [15, 22, 79, 80]. Почти половина из эпителиальных клеток в дыхательных путях человека

Разнообразие видов клеток в составе эпителия (реснитчатые, вставочные, базальные, бокаловидные, клетки Клара и эндокринные клетки) есть результат дивергентной дифференцировки базальных эпителиоцитов. Кроме эпителиальных дифферонов, в составе многорядного столбчатого эпителия присутствуют гистологические элементы гематогенного дифферона (специализированные макрофаги, лимфоциты) [15, 80].

Покровный эпителий выполняет две основные функции:

1.Создает барьер между внутренними тканями стенки и просветом дыхательных путей, который играет не только разграничительную, но и защитную роль по отношению к разнообразным агрессивным факторам внешней среды — химическим, механическим, инфекционным и др. Благодаря наличию ресничек на поверхности эпителиоцитов происходит очищение воздуха.

2.Обеспечивает обмен веществ между различными средами организма.

Железистый эпителий дыхательных путей

Бокаловидные клетки представляют собой одноклеточные железы, располагающиеся независимо друг от друга среди клеток покровного эпителия. По типу секреции бокаловидные клетки являются экзокринными железами, или железами внешней секреции. Слизистый секрет, который они вырабатывают, выделяется в просвет дыхательных путей и заполняет перицилиарное пространство (рис. 3.13, см. ) [2, 22].

Функции железистого эпителия

Железистый эпителий синтезирует и выделяет на поверхность эпителиального пласта слизистый секрет (муцины), богатый гиалуроновой и сиаловой кислотами. Их секрет вместе со слизистым секретом желез подслизистой основы увлажняет эпителий и предохраняет слизистую оболочку от высыхания, создает условия для прилипания попадающих с воздухом пылевых частиц и задерживает их. Слизь содержит также иммуноглобулины, выделяемые плазматическими клетками, находящимися в составе слизистой оболочки, которые связывают и обезвреживают многие патогенные микроорганизмы и химически агрессивные соединения, попадающие с воздухом [61, 150, 151].

Межклеточные соединения

Эпителиальные клетки соединены друг с другом боковыми мембранами с помощью соединительных комплексов. Различают три типа межклеточных соединений: плотные соединения, адгезивные соединения и щелевые контакты. Одна и та же клетка может взаимодействовать с соседними клетками с помощью всех трех типов контактов. Соединительные комплексы отличаются по строению и выполняют разные функции: плотные со-

единения регулируют парацеллюлярное движение ионов и растворенных веществ, а слипчивые соединения опосредуют адгезию клеток и участвуют в клеточных связях [1, 2, 10].

Плотные соединения

Большинство апикальных межклеточных соединений являются плотными соединениями (tight junction), образующими запирающую зону (zona occludens) и напоминающими «закрытый ремень» [10]. При ультраструктурном анализе плотные соединения выглядят как ряд анатомических наложений между латеральными мембранами соседних клеток, вплотную прилегающих друг к другу и сцепляющихся с помощью специальных белков [17]. Плотные контакты обеспечивают непрерывность эпителиального покрова. Они состоят из динамического комплекса белков, включающего трансмембранные, цитоплазматические, сигнальные и соединительные белки, которые связывают с цитоскелетом. Плотные соединения являются основным фактором, определяющим клеточную проницаемость [89–92]. Они ограничивают пассивную диффузию, блокируя боковое межклеточное пространство [17]. На парацеллюлярную проницаемость могут влиять и другие факторы, в том числе протеинкиназы, различные цитокины, факторы роста и гормоны [93]. Помимо «барьерной» функции, регулирующей прохождение воды, ионов и различных молекул через парацеллюлярные пространства, плотные соединения предотвращают смешивание белков и липидов в верхушечных и боковых частях клеточных мембран, устанавливая таким образом полярность клетки [18]. Наличие апикальных соединительных комплексов между эпителиальными клетками дыхательных путей имеет большое функциональное значение для метаболически регулируемой секреции, поглощения электролитов и воды из выстилающей жидкости [17].

Адгезивные соединения

Второй тип межклеточных соединений — адгезивные или сцепляющие контакты (adherens junction), включающие адгезивный поясок (поясок слипания — zonula adherens) и десмосому или пятно слипания (macula adherens). Они находятся больше в базальной части эпителиальных клеток и состоят из молекул клеточной адгезии, таких как сосуди- сто-эндотелиальный кадгерин (фактор роста эндотелия сосудов), β-катенин и плакоглобин, связанных с актином цитоскелета. Существуют также связи с киназами, фосфатазами и рецепторами фактора роста. Общим для них является то, что к участкам плазматических мембран со стороны цитоплазмы подходят фибриллярные элементы цитоскелета (актиновые филаменты, промежуточные филаменты и спектрин) и связываются с мембранами в области соединения соседних клеток. Адгезивный поясок — парное образование в виде лент, каждая из которых опоясывает

апикальные части соседних клеток и обеспечивает в этой области их прилипание друг к другу. Десмосомы — парные структуры, представляющие собой небольшую площадку или пятно диаметром около 0,5 мкм. Со стороны цитоплазмы к плазматической мембране прилежит слой белков, в состав которого входят десмоплакины. В этот слой со стороны цитоплазмы внедряются пучки промежуточных филаментов. С внешней стороны плазмолеммы соседних клеток в области десмосом соединяются с помощью трансмембранных белков — десмоглеинов. Функциональная роль десмосом заключается, главным образом, в механической связи клеток [2, 10]. Совокупность межмолекулярных взаимодействий обеспечивает межклеточную адгезию и модулирует клеточные связи при поступающих сигналах от факторов роста и механических раздражителей. Сцепляющие соединения играют важную роль как в развитии, так и в заживлении ран [94–96].

Щелевые соединения

Третий тип соединений — щелевые контакты (gapjunction) или нексусы, относятся к коммуникационным соединениям. Их структура детально изучена с помощью электронной микроскопии [98]. Со стороны цитоплазмы никаких специальных примембранных структур в данной области не обнаруживается, но в структуре плазмолемм соседних клеток друг против друга располагаются специальные белковые комплексы — коннексоны, состоящие из глобулярных белков-коннексинов, обеспечивающих клеточную адгезию и образующих межклеточные каналы с внешним диаметром 8 нм и внутренним — 2 нм, которые связывают близлежащие клетки [2, 10]. Щелевые контакты обеспечивают диффузию молекул с небольшой молекулярной массой (неорганические ионы, сахара, аминокислоты, нуклеотиды, витамины) на всем протяжении соединенных между собой клеток, что позволяет им скоординированно функционировать. В то же время щелевые контакты практически непроницаемы для белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов. Для АТФ и цАМФ установлена возможность транспорта посредством щелевого контакта [10]. В альвеолярном эпителии щелевые соединения опосредуют межклеточные потоки кальция, которые играют определенную роль в секреции поверхностно-активного вещества [94, 97]. В то же время высокие концентрации ионов кальция приводят к «закрытию» щелей.

В клетках АЭ более сложные трехмерные связи, позволяющие альвеолоцитам I и II типа не ограничиваться одной стороной альвеолярной перегородки, а соединять две или три различные альвеолы [86, 87, 99]. Существуют различия между этими двумя типами клеток в экспрессии межклеточных соединительных белков, что определяет различные характеристики межклеточной проницаемости [100–103]. Так, клеточные соединения

между альвеолоцитами I и II типа являются более проницаемыми, чем соединения между альвеолоцитами I типа [92, 102]. Это объясняет тот факт, что при повреждении легких нейтрофилы начинают мигрировать через эпителиальный барьер избирательно между альвеолоцитами I и II типа, хотя молекулярные механизмы, ответственные за эту избирательность, неизвестны [104, 105].

Особенности строения эпителия в различных участках дыхательных путей

В состав дыхательной системы входят различные органы, выполняющие воздухопроводящую и дыхательную (газообменную) функции: полость носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи и легкие [81].

Воздухоносные пути

К ним относятся полость носа, носоглотка, гортань, трахея и бронхи (рис. 3.14, см. ). В воздухоносных путях по мере продвижения воздуха происходят очищение, увлажнение, приближение температуры вдыхаемого воздуха к температуре тела, рецепция газовых, температурных и механических раздражителей, а также регуляция объема вдыхаемого воздуха. Эпителий слизистой оболочки воздухоносных путей имеет различное строение в разных отделах: в верхних он многослойный ороговевающий, переходящий в неороговевающий, в более дистальных отделах он становится многорядным и, наконец, однослойным реснитчатым [80, 81].

Полость носа

Преддверие полости носа выстлано многослойным плоским ороговевающим эпителием, который является продолжением эпителиального покрова кожи. В более глубоких частях преддверия эпителий становится неороговевающим, переходящим в многорядный реснитчатый. Внутренняя поверхность полости носа в дыхательной части и околоносовые пазухи (ОНП) покрыты многорядным столбчатым реснитчатым эпителием.

Гортань

Слизистая оболочка гортани выстлана многорядным мерцательным эпителием. Только истинные голосовые связки и надгортанник (со стороны глотки и со стороны гортани) покрыты многослойным плоским неороговевающим эпителием. Собственная пластинка слизистой оболочки надгортанника на его передней поверхности образует значительное количество вдающихся в эпителий сосочков; на задней поверхности они короткие, а эпителий более низкий.

Трахеобронхиальное дерево

Трахея, главные бронхи, крупные бронхи и средние бронхи покрыты многорядным мерцательным

эпителием, толщина которого уменьшается от проксимальных к дистальным отделам за счет изменения формы клеток от высоких столбчатых до низких кубических (рис. 3.15). Таким образом, толщина эпителия в крупных бронхах меньше, чем в трахее, а в средних бронхах эпителий ниже, чем в крупных бронхах. Основные клетки в составе эпителия: реснитчатые, бокаловидные и базальные клетки (вставочные короткие и вставочные длинные). Среди эпителиоцитов присутствуют клетки Лангерганса, отростки которых проникают между эпителиоцитами, эндокриноциты и М-клетки. Доля бокаловидных клеток постепенно снижается, и в мелких бронхах их уже нет [77].

Мелкие бронхи выстланы двухрядным мерцательным эпителием, в составе которого появляются щеточные (каемчатые) клетки.

Терминальные бронхиолы имеют однорядный мерцательный эпителий, в котором содержатся реснитчатые, базальные, микроворсинчатые клетки. Начиная с терминальных бронхиол возрастает доля клеток Клара, которые здесь не только обезвреживают вредные вещества, но и предупреждают (путем секреции фосполипаз и протеаз) слипание стенок бронхиол (альвеолярных ходов и мешочков) и разрастание соединительной ткани.

За ними начинаются респираторные отделы легкого, выполняющие газообменную функцию.

1

2

2

1

Рис. 3.15. Поверхность эпителиальной выстилки слизистой оболочки трахеи (по Л.К. Романовой) [2, 4]. Электронная микрофотография, ×4400: 1 — реснитчатые эпителиоциты; 2 — бокаловидные экзокриноциты

Респираторный отдел

Структурно-функциональной единицей РО легкого является ацинус (рис. 3.16, см. ). Он представляет собой систему альвеол, расположенных в стенках респираторных бронхиол, альвеолярных ходов и мешочков, которые осуществляют газообмен между кровью и воздухом [2]. Площадь поверхности альвеол составляет более 99,5% всей площади внутренней поверхности легкого, оцениваемой у взрослого человека приблизительно в 100–150 м2 [81, 85].

Респираторные бронхиолы выстланы однослойным кубическим эпителием. Реснитчатые клетки встречаются редко, клетки Клара — чаще других.

Альвеолярные ходы покрыты эпителием, который состоит, главным образом, из клеток Клара. Изредка встречаются реснитчатые и каемчатые клетки.

Альвеолярные мешочки — в очень узких стенках альвеолярных мешочков остается только один вид эпителиальных клеток — клетки Клара.

Альвеолы и межальвеолярные перегородки выстланы однослойным плоским эпителием — АЭ, лежащим на базальной мембране, которая является общей для эпителия и эндотелия (рис. 3.17, см. ). Эпителиальные клетки здесь называются альвеолоцитами или пневмоцитами. В эпителии различают диффероны респираторных альвеолоцитов (клетки I типа) и секреторных альвеолоцитов (клетки II типа) [1, 2, 10, 84, 86, 87]. Кроме того, у животных в альвеолах описаны клетки III типа — микроворсинчатые (щеточные). Альвеолоциты III типа у человека изучены мало [4].

Альвеолоциты I типа в норме cоставляют около 10% клеток АЭ и покрывают 95% поверхности альвеол [87]. Они имеют неправильную уплощен- но-вытянутую форму с небольшой ядросодержащей частью и очень протяженной безъядерной частью, покрывающей большую часть альвеолярной стенки [137]. Толщина клеток в тех местах, где располагаются их ядра, достигает 5–6 мкм, тогда как в остальных участках она колеблется в пределах 0,2 мкм [98, 99]. На свободной поверхности цитоплазмы расположены очень короткие цитоплазматические выросты, обращенные в полость альвеол, что увеличивает общую площадь соприкосновения воздуха с поверхностью эпителия. Через цитоплазму этих клеток, где имеются мелкие митохондрии и пиноцитозные пузырьки, происходит газообмен. Альвеолоциты I типа своей безъядерной частью соприкасаются с безъядерной частью эндотелиоцитов капилляров. Базальная мембрана эпителия вплотную соприкасается с базальной мембраной эндотелия кровеносного капилляра, образуя при этом достаточно тонкий барьер, в среднем 0,5 мкм, между кровью и воздухом — аэрогематический барьер (воздушно-кровя- ной барьер, альвеолярно-капиллярная мембрана) (рис. 3.17, б, см. ) [3, 4, 15]. Местами толщина

его увеличивается за счет тонких прослоек рыхлой соединительной ткани [84].

Альвеолоциты II типа составляют около 18% альвеолярных клеток и покрывают 5% поверхности альвеол [87]. Они имеют кубическую форму и гораздо больший размер, чем альвеолоциты I типа, в связи с чем их часто называют большими эпителиоцитами. На свободной поверхности альвеолоцитов II типа расположены микроворсинки [138].

Основные функции альвеолоцитов II типа включают в себя: секрецию поверхностно-ак- тивного вещества, репарацию АЭ в нормальных условиях и после повреждения, участие в транспорте трансэпителиальной жидкости из альвеол, а также они играют важную роль в формировании врожденного иммунитета [87, 88, 144].

Альвеолоциты II типа являются основными клетками АЭ, секретирующими САК [140]. В их цитоплазме, кроме органелл, характерных для секретирующих клеток (развитая эндоплазматическая сеть, рибосомы, комплекс Гольджи, мультивезикулярные тельца), находятся ОПТ — цитофосфолипосомы, из которых затем формируется сурфактант и которые служат маркерами альвеолоцитов II типа [78].

Альвеолоциты II типа имеют гены, регулирующие синтез ФЛ [117–119]. Они могут быть идентифицированы в легких путем экспрессии двух ферментов липидного метаболизма: синтетазы жирных кислот и стеароил-КоА десатуразы-1, а также традиционных маркеров, таких как протеин сурфактанта С [118, 120]. Альвеолоциты II типа экспрессируют и другие белки сурфактанта — A, B и D, хотя эти белки также выражены в бронхиолярных клетках Клара [121, 122].

Альвеолоциты II типа также могут транспортировать натрий и хлор для поддержания альвеолярного объема жидкости [129, 130]. В нормальных условиях альвеолоциты II типа осуществляют резорбцию жидкости за счет транспортировки натрия через натриевые каналы, тем самым сохраняя альвеолы относительно свободными от жидкости [135].

Альвеолоциты II типа также играют важную роль в формировании иммунного ответа на факторы внешней среды, такие как аэрополлютанты, токсины, бактерии и вирусы, попадающие в альвеолы с воздухом. Белки сурфактанта А и D (SP-A и SP-D) являются важными компонентами врожденной иммунной системы, они могут связываться с различными вирусами, бактериями и грибами [131, 132]. Например, грипп, главным образом, инфицирует альвеолоциты II типа и не инфицирует альвеолоциты I типа [133, 143]. В ответ на вирусную инфекцию альвеолоциты II типа секретируют множество цитокинов, основные из них: CXCL10, IL-6, RANTES и IL-29, которые мобилизуют моноциты и активируют макрофаги и адаптивную иммунную систему [132].

Альвеолоциты II типа продуцируют IFN-λ (IL29), III тип интерферона (IFN). Уровень цитокинового ответа подобен реакции у альвеолярных макрофагов. Микробы могут быть распознаны патоген-распознающими рецепторами, такими как TLR, которые в бронхиальных эпителиальных клетках представлены несколькими типами [132, 134]. Роль альвеолоцитов II типа в формировании врожденного иммунитета хорошо изучена. А сравнительно недавно было показано, что альвеолоциты I типа имеют потенциальные иммуномодулирующие функции [106]. Они продуцируют провоспалительные цитокины, такие как TNF-α, IL-6 и IL-1β. Продукция цитокинов регулируется ренин-ангиотензиновой системой [107]. Альвеолоциты I типа более восприимчивы к острым повреждениям легких, чем альвеолоциты II типа [108]. В то же время они играют важную роль в защите мембраны от клеточного лизиса [109–112].

Плевра

Висцеральную и париетальную плевру покрывает мезотелий — однослойный однорядный плоский эпителий. Он образуется в процессе органогенеза из листков спланхнотома мезодермы. Клетки мезотелия — мезотелиоциты — плоские, имеют полигональную форму и неровные края (рис. 3.18). В той части, где в них располагается ядро, клетки более «толстые». Некоторые из них содержат не одно, а два или даже три ядра, т.е. полиплоидные. Среди мезотелиоцитов присутствуют малодифференцированные формы, способные к размножению. На свободной поверхности мезотелиальной клетки, направленной в плевральную полость, имеются микроворсинки длиной от 3 до 5 мкм, которые препятствуют контакту париетальной и висцеральной плевры. Через мезотелий происходят выделение и всасывание серозной жидкости. Мезотелий создает условия для подвижности легких. В зависимости от состо-

Рис. 3.18. Строение однослойного плоского эпителия (мезотелия) (схема по Ю.И. Афанасьеву, Н.А. Юриной, Е.Ф. Котовскому) [2]: 1 — микроворсинки (каемка); 2 — ядро эпителиоцита; 3 — базальная мембрана; 4 — соединительная ткань

яния легкого мезотелиальные клетки становятся то плоскими, то высокими. Их гладкая поверхность обеспечивает легкое скольжение листков плевры во время экскурсии легких. Мезотелий препятствует образованию соединительнотканных спаек между листками плевры, развитие которых возможно при нарушении его целостности [1–3, 10, 21, 23, 82, 83].

Регенерация эпителия

Эпителиальным тканям присуща высокая способность к регенерации. Физиологическая регенерация воздухопроводящих органов наиболее интенсивно протекает в пределах слизистой оболочки [1, 62]. Однослойный эпителий подвергается постоянному обновлению. В любой временной интервал какое-то количество «состарившихся» клеток отмирает и слущивается и примерно такое же количество новых клеток появляется в результате митотических делений и дифференцировки базальных (стволовых) клеток. Замена клеток без нарушения непрерывности эпителиального слоя происходит благодаря универсальному процессу: отмирающие клетки не теряют связи с базальной мембраной практически до самого слущивания, которое происходит путем вытеснения отмершей клетки соседними по слою функционирующими клетками [1, 60].

Считалось, что только базальные клетки являются клетками-предшественниками для других эпителиальных клеток дыхательных путей, в том числе реснитчатых [20, 22]. Более поздние эксперименты доказали, что клетки Клара также могут дифференцироваться в реснитчатые эпителиоциты после повреждения ткани [24, 25].

Высокую способность к пролиферации имеют альвеолоциты II типа [10]. В нормальных условиях их жизненный цикл является достаточно медленным. В то же время в ответ на повреждение альвеолоциты II типа начинают быстро делиться митозом, чтобы восстановить эпителий [87, 88].

Вмногочисленных исследованиях на моделях воспаления и окислительного повреждения легких у грызунов было продемонстрировано, что меченые альвеолоциты II типа дифференцируются в альвеолоциты I и II типа и в нормальных условиях, и в условиях повреждения [113, 114, 123–128, 142].

Висследованиях культивируемых альвеолоцитов I типа in vitro было показано, что они обладают высоким пролиферативным потенциалом, что повышает вероятность участия альвеолоцитов I типа в естественных условиях в репарации легких после повреждения [115, 116, 139].

Образование секрета

Современные представления об образовании секрета и мукоцилиарном транспорте базируются на результатах исследований А.М. Lucas и М.С. Douglas. Еще в 1934 г. авторы впервые пока-

зали, что значительную роль в транспорте слизи играют особые клеточные образования — реснички на апикальной поверхности клеток мерцательного эпителия, выстилающего практически всю поверхность дыхательных путей [19].

Образование слизистого секрета в эпителии в норме играет защитную роль [61]. Эпителий дыхательных путей постоянно подвергается воздействию широкого спектра агрессивных факторов окружающей среды, таких как бактерии, вирусы, аллергены, сигаретный дым и аэрополлютанты. Одним из основных факторов защиты является секреция слизи, которая, как на эскалаторе, перемещается непрерывно днем и ночью, чтобы удалить бактерии и поллютанты из дыхательных путей [8]. У здоровых людей секреция слизи скудная и эффективный клиренс чужеродных факторов с поверхности эпителия позволяет защитить дыхательные пути без проявления каких-либо симптомов, и обычно здоровые люди не замечают этот транспорт. Однако при хронических воспалительных заболеваниях дыхательных путей патологические реакции на внешние факторы бывают чрезмерно выражены и сопровождаются гиперсекрецией, что оказывает больше вреда, чем защиты [10].

Образование респираторного секрета начинается в альвеолах (рис. 3.19, см. ). Альвеолоциты II типа синтезируют белки, ФЛ и углеводы, составляющие поверхностно-активные вещества (ПАВ), входящие в САК. САК включает три компонента: мембранный компонент, гипофазу (жидкий компонент) и резервный сурфактант — миелиноподобные структуры [2, 39]. В обычных физиологических условиях секреция ПАВ происходит по мерокринному типу, т.е. СК постоянно выделяют секрет и при этом полностью сохраняют свою структуру. ПАВ предотвращают спадение альвеол во время выдоха и защищают их от микроорганизмов, содержащихся во вдыхаемом воздухе, также препятствуют транссудации жидкости из капилляров межальвеолярных перегородок в альвеолы [141]. Последующие компоненты трахеобронхиального секрета формируются клетками Клара, бокаловидными клетками и перибронхиальными железами [7, 8].

Сформированный в альвеолах и альвеолярных протоках секрет перемещается к терминальной бронхиоле, имеющей эпителиальные структуры (рис. 3.20). В образовании секрета здесь принимают участие клетки Клара, которые продуцируют белки (протеины сурфактанта A, B и D), липиды и гликопротеины [68–70, 146]. Также клетки Клара участвуют в регуляции баланса жидкости, воздействуя на ионные каналы [74, 75]. Сурфактант, продуцируемый альвеолоцитами II типа (белые стрелки), перемещается в зону бронхиол, смешивается с секретом клеток Клара и вспенивается в период вентиляции с образованием мелкопузырчатой структуры, заполняющей все промежутки между ресничками и ворсинками и условно называемой

Рис. 3.20. Движение секрета от альвеол к мелким бронхам (по H. Wunderer) [7, 8]

«пенный ковер» (красная стрелка), по которому скользит бронхиальный секрет [7, 8, 39, 145].

Втерминальных бронхиолах появляется однорядный мерцательный эпителий, в мелких бронхах мерцательный эпителий становится двухрядным, а далее, по направлению к проксимальным отделам дыхательных путей, многорядным.

Вобразовании трахеобронхиального секрета принимают участие бокаловидные клетки и перибронхиальные железы. Снижение количества бронхиальных желез и бокаловидных клеток к периферии и их отсутствие дистальнее мерцательного эпителия имеет смысл, так как это предотвращает ток слизи назад в альвеолярные ходы и альвеолы [10, 45].

Внорме бронхиальный секрет в просвете трахеи и бронхов располагается двумя слоями — жидкая фаза (золь), покрывающая эпителий и заполняющая все перицилиарное пространство, и гелеобразный слой слизи (гель), выстилающий эту жид-

кую фазу, скользящий по ней и соприкасающийся только с верхушками ресничек [170, 173, 174].

Гель-фаза локализована на окончаниях ресничек в виде голубых «блинчиков/бляшек» (белая стрелка) (рис. 3.21, а). Тонкий слой сурфактанта отделяет перицилиарный и гелевые слои слизи и препятствует прилипанию вязкого геля к окончаниям ресничек (рис. 3.21, б). Хорошо видно расположение микроворсинок (черные стрелки) и ресничек [7, 8].

Колебательные движения ресничек осуществляются в жидкой фазе, а их верхушки, контактирующие со слизью, передвигают ее в проксимальном направлении из глубины легких к глотке [10]. Сокращения ресничек продвигают слизь вместе с захваченными частицами окружающей среды, которые осаждаются на поверхности эпителия. По мере того как поверхностный слой слизи продвигается вверх по воздухоносным путям, общий периметр дыхательных путей заметно уменьшается, а большая часть жидкости реабсорбируется [11, 12, 13, 81].

Образование секрета в дыхательных путях происходит в результате сложного сочетания процессов транссудации плазменных компонентов крови, секреторной деятельности бронхиального эпителия и высвобождения различных белков и медиаторов из присутствующих в просвете и стенках воздухоносных путей подвижных клеток (нейтрофилов, ТК, лимфоцитов, альвеолярных макрофагов) [5, 61, 170].

Адекватные реологические свойства слизи обеспечиваются балансом ее компонентов. Зо-

в состав которого входят: вода (85–95%), соли, белки (альбумин, лизоцим, лактоферрин, иммуноглобулины, трансферрин), ферменты и другие биологически активные вещества, поступающие

как из крови в процессе транссудации, так и образующиеся локально из бокаловидных клеток эпителия [5, 147, 148]. Нерастворимая гель-фаза состоит из бронхиальной слизи, продуцируемой преимущественно перибронхиальными железами и в меньшей степени бокаловидными клетками трахеобронхиального эпителия. Именно поэтому слой слизи, выстилающий воздухоносные пути, в норме утолщается в проксимальном направлении. В свою очередь, бронхиальная слизь формируется муцинами (MUC) — макромолекулярными гликопротеинами с высокой молекулярной массой, которые являются ключевыми компонентами СК слизистой оболочки и составляют 60–70% твердого остатка бронхиального секрета [149, 150].

Сформированные адгезивные массы (желтые стрелки) собираются в «блинчики/бляшки» на поверхности ресничек, которые колеблются в золь-фазе (рис. 3.22). Между ресничками присутствует вспененный сурфактант («пенный ковер»), поэтому «ковру» адгезивный слой/гель-фаза (красные стрелки) скользит в сторону ротовой полости [7, 8].

Бронхиальные железы располагаются в подслизистом слое бронхов (рис. 3.23). Они секретируют воду, электролиты и муцины в просвет дыхательных путей. Изучение механизмов регуляции секреции in vivo и in vitro показало, что высвобождение слизи модулируется различными нейротрансмиттерами, включая холинергические, адренергические и пептидергические передатчики, и воспалительными медиаторами, такими как гистамин, фактор активации тромбоцитов и эйкозаноиды [12, 13, 40–44].

Рис. 3.22. Схема строения слизистой и формирования секрета бокаловидными клетками и бронхиальными железами (по H. Wunderer) [7, 8]

Муцины бронхиального секрета продуцируются слизистыми трубочками в подслизистых железах в крупных дыхательных путях и бокаловидными клетками, расположенными в поверхностном эпителии в крупных и мелких дыхательных путях. Они богаты углеводами и содержат 10–20% аминокислот и 80–90% длинных цепей полисахаридов [151, 152]. Макромолекула муцина (рис. 3.24) представляет собой полипептидную спираль, скрепленную дисульфидными связями, на которой фиксируется до 200 полисахаридных цепей с обращенными наружу активными группами, придающими муцинам свойства полианионов [4, 171].

Кольцевидная структура молекул муцинов позволяет им сжиматься, обеспечивая эластичность бронхиального секрета. В клетках муцины плотно