5 курс / Пульмонология и фтизиатрия / Респираторная_медицина_Руководство_в_3_томах_Том_1

Раздел 3

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

120

Механизмы защиты и регуляции иммунного ответа

внутренние поверхности тела, полостей, органов

и каемчатые клетки в верхушечном отделе имеют

и сосудов, а также формируют железы. Различают

реснички и микроворсинки [22].

два главных типа: поверхностные (покровные и

Микроворсинки представляют собой цилин-

выстилающие) и железистые эпителии. Эпителий

дрические пальцеобразные выросты цитоплазмы

дыхательных путей покрывает всю поверхность

эпителиальных клеток, покрытые плазмолеммой.

респираторного тракта и формирует железы, вы-

Размер микроворсинок составляет 100 нм. Фор-

рабатывающие секрет [1, 2].

ма и положение микроворсинок поддерживаются

Источником развития эпителиальной части

благодаря наличию в них, как и в других областях

воздухоносных путей (начиная с гортани) и ре-

цитоплазмы, цитоскелета, представленного ми-

спираторных отделов легких являются стволовые

крофиламентами — нитями из белка актина, кото-

клетки вентральной поверхности глоточного от-

рые расположены вдоль оси микроворсинки. При

дела передней кишки. Отделы дыхательной систе-

световой микроскопии микроворсинки сливаются

мы закладываются на 3–4-й неделе эмбриогенеза

в непрерывную и узкую оксифильную каемку на

последовательно друг за другом путем роста и

апикальной поверхности клеток, которая называ-

ветвления исходного выроста первичной глотки

ется щеточной, а клетки — каемчатыми [1, 11, 80].

[1, 2]. Последующий морфогенез и альвеоляриза-

Реснички — это тоже выросты цитоплазмы

ция приводят к тому, что зрелые легкие содержат

эпителиальных клеток, покрытые плазмолеммой.

более 300 млн альвеол [14, 81, 86].

В отличие от микроворсинок, они вдвое толще по

Строение и функции эпителия

диаметру — 200 нм, и образованы не микрофила-

ментами, а микротрубочками, которые придают

дыхательных путей

способность ресничкам к волнообразным движе-

ниям, что вызывает перемещение окружающей их

Покровный эпителий дыхательных путей

жидкости в определенном направлении [1, 11, 80].

Реснички хорошо различимы даже под световым

Покровный эпителий — это пласт эпители-

микроскопом (рис. 3.11, см.

).

оцитов, вплотную прилегающих друг к другу и

Эпителиальные клетки, выстилающие просвет

тесно связанных между собой. Дыхательные пути

дыхательных путей, имеют разную форму и раз-

покрывает многорядный мерцательный эпителий,

мер, поэтому их ядра лежат на трех разных уров-

его строение представлено на рис. 3.11, см.

.

нях эпителиального пласта: в верхнем ряду — ядра

Эпителий располагается на базальной мембране,

реснитчатых клеток, в нижнем — ядра базальных

толщина которой составляет от 0,01 до 1 мкм. Она

клеток, а в среднем — ядра вставочных, бокало-

отделяет эпителий от подлежащей ткани — рыхлой

видных и эндокринных клеток (рис. 3.11, см.

).

волокнистой соединительной ткани. Причем часть

Реснички расположены на апикальной поверхно-

компонентов базальной мембраны синтезирует-

сти клеток, образующих поверхностный ряд ядер

ся самими эпителиальными клетками, а другая

и обращены к просвету дыхательных путей. Такая

часть — клетками подлежащей соединительной

организация складывается потому, что в данном

ткани. Базальная мембрана представляет собой

эпителии присутствуют клетки нескольких видов

соединение фибриллярных структур и аморфного

[2, 80].

вещества, состоящего из протеогликанов, глико-

Клеточный состав эпителия трахеобронхиаль-

протеинов и гликозаминогликанов [1, 80]. Глико-

ного дерева (рис. 3.12, см.

) представлен основ-

протеины — фибронектин и ламинин, выполняют

ными клетками.

функцию адгезивного субстрата, с помощью кото-

1. Реснитчатые эпителиоциты — высокие,

рого к мембране прикрепляются эпителиоциты.

столбчатой (призматической) формы, сохра-

Кроме того, гликопротеины индуцируют проли-

няют связь с базальной мембраной с помощью

ферацию и дифференцировку эпителиоцитов при

узкой ножки, а на апикальной поверхности

регенерации эпителия. Протеогликаны и гликоза-

клетки находится примерно до 250 ресничек

миногликаны создают упругость мембраны и ха-

длиной 3–5 мкм. Реснички мерцают в направ-

рактерный для нее отрицательный заряд, от кото-

лении, противоположном вдыхаемому возду-

рого зависит ее избирательная проницаемость для

ху, наиболее интенсивно при оптимальной

электролитов, а также способность накапливать

температуре (18–33 °С) и в слабощелочной

в условиях патологии токсины, сосудоактивные

среде. Мерцание ресничек (до 250 в минуту)

амины и комплексы из антигенов и АТ [2, 80].

обеспечивает выведение слизи с осевшими на

Покровный эпителий не имеет сосудов, питание

ней пылевыми частицами вдыхаемого воздуха

эпителиоцитов осуществляется методом диффу-

и микробами (мукоцилиарный транспорт).

зии через базальную мембрану.

Эти клетки имеют разнообразные рецепторы:

Для эпителия дыхательных путей характерна

адренорецепторы, холинорецепторы, глюко-

полярность — эпителиальные клетки имеют ба-

кортикоидные рецепторы, рецепторы гиста-

зальный отдел, обращенный к базальной мем-

мина, аденозина и др. Реснитчатые клетки

бране, и апикальный или верхушечный отдел,

составляют ведущий клеточный дифферон и

которые отличаются по строению. Реснитчатые

определяют название всего эпителиального

121

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Раздел 3

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

3.Клетки Лангерганса (дендритные, анти- в норме являются реснитчатыми на всех уровнях генпредставляющие клетки) (на схеме не повоздухоносных путей вплоть до бронхиол [16].

122

Механизмы защиты и регуляции иммунного ответа

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

123

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Раздел 3

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

124

Механизмы защиты и регуляции иммунного ответа

эпителием, толщина которого уменьшается от

Респираторный отдел

проксимальных к дистальным отделам за счет из-

Структурно-функциональной единицей

РО

менения формы клеток от высоких столбчатых до

). Он

низких кубических (рис. 3.15). Таким образом,

легкого является ацинус (рис. 3.16, см.

представляет собой систему альвеол, расположен-

толщина эпителия в крупных бронхах меньше,

ных в стенках респираторных бронхиол, альвео-

чем в трахее, а в средних бронхах эпителий ниже,

лярных ходов и мешочков, которые осуществляют

чем в крупных бронхах. Основные клетки в соста-

газообмен между кровью и воздухом [2]. Площадь

ве эпителия: реснитчатые, бокаловидные и базаль-

поверхности альвеол составляет более 99,5% всей

ные клетки (вставочные короткие и вставочные

площади внутренней поверхности легкого,

оце-

длинные). Среди эпителиоцитов присутствуют

ниваемой у взрослого человека приблизительно в

клетки Лангерганса, отростки которых прони-

100–150 м2 [81, 85].

кают между эпителиоцитами, эндокриноциты и

Респираторные бронхиолы выстланы однослой-

М-клетки. Доля бокаловидных клеток постепенно

ным кубическим эпителием. Реснитчатые клетки

снижается, и в мелких бронхах их уже нет [77].

встречаются редко, клетки Клара — чаще других.

Мелкие бронхи выстланы двухрядным мерца-

Альвеолярные ходы покрыты эпителием, кото-

тельным эпителием, в составе которого появля-

рый состоит, главным образом, из клеток Клара.

ются щеточные (каемчатые) клетки.

Изредка встречаются реснитчатые и каемчатые

Терминальные бронхиолы имеют однорядный

клетки.

мерцательный эпителий, в

котором содержат-

Альвеолярные мешочки — в очень узких стенках

ся реснитчатые, базальные,

микроворсинчатые

альвеолярных мешочков остается только один вид

клетки. Начиная с терминальных бронхиол воз-

эпителиальных клеток — клетки Клара.

растает доля клеток Клара,

которые здесь не

Альвеолы и межальвеолярные перегородки выст-

только обезвреживают вредные вещества, но и

ланы однослойным плоским эпителием — АЭ, ле-

предупреждают (путем секреции фосполипаз и

жащим на базальной мембране, которая является

протеаз) слипание стенок бронхиол (альвеоляр-

ных ходов и мешочков) и разрастание соедини-

общей для эпителия и эндотелия (рис. 3.17, см.

).

Эпителиальные клетки здесь называются альве-

тельной ткани.

олоцитами или пневмоцитами. В эпителии раз-

За ними начинаются респираторные отделы

личают диффероны респираторных альвеолоци-

легкого, выполняющие газообменную функцию.

тов (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-

1

но-вытянутую форму с небольшой ядросодержа-

щей частью и очень протяженной безъядерной

частью, покрывающей большую часть альвеоляр-

ной стенки [137]. Толщина клеток в тех местах,

2

где располагаются их ядра, достигает 5–6 мкм,

2

тогда как в остальных участках она колеблется в

пределах 0,2 мкм [98, 99]. На свободной поверх-

ности цитоплазмы расположены очень короткие

цитоплазматические выросты, обращенные в по-

лость альвеол, что увеличивает общую площадь

1

соприкосновения воздуха с поверхностью эпите-

лия. 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

Рис. 3.15. Поверхность эпителиальной выстилки слизистой

барьер, в среднем 0,5 мкм, между кровью и возду-

оболочки трахеи (по Л.К. Романовой) [2, 4]. Электронная

хом — аэрогематический барьер (воздушно-кровя-

микрофотография, ×4400: 1 — реснитчатые эпителиоциты;

ной барьер, альвеолярно-капиллярная мембрана)

2 — бокаловидные экзокриноциты

(рис. 3.17, б, см.

) [3, 4, 15]. Местами толщина

125

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Раздел 3

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

126

		Механизмы защиты и регуляции иммунного ответа
	яния легкого мезотелиальные клетки становятся	зали, что значительную роль в транспорте слизи
	то плоскими, то высокими. Их гладкая поверх-	играют особые клеточные образования — реснич-
	ность обеспечивает легкое скольжение листков	ки на апикальной поверхности клеток мерцатель-
	плевры во время экскурсии легких. Мезотелий	ного эпителия, выстилающего практически всю
	препятствует образованию соединительнотканных	поверхность дыхательных путей [19].
	спаек между листками плевры, развитие которых	Образование слизистого секрета в эпителии в
	возможно при нарушении его целостности [1–3,	норме играет защитную роль [61]. Эпителий ды-
	10, 21, 23, 82, 83].	хательных путей постоянно подвергается воздей-
	Регенерация эпителия	ствию широкого спектра агрессивных факторов
		окружающей среды, таких как бактерии, вирусы,
	Эпителиальным тканям присуща высокая спо-	аллергены, сигаретный дым и аэрополлютанты.
		Одним из основных факторов защиты является се-
	собность к регенерации. Физиологическая регене-
		креция слизи, которая, как на эскалаторе, переме-
	рация воздухопроводящих органов наиболее интен-
		щается непрерывно днем и ночью, чтобы удалить
	сивно протекает в пределах слизистой оболочки [1,
		бактерии и поллютанты из дыхательных путей [8].
	62]. Однослойный эпителий подвергается постоян-
		У здоровых людей секреция слизи скудная и эф-
	ному обновлению. В любой временной интервал
		фективный клиренс чужеродных факторов с по-
	какое-то количество «состарившихся» клеток отми-
		верхности эпителия позволяет защитить дыхатель-
	рает и слущивается и примерно такое же количество
		ные пути без проявления каких-либо симптомов,
	новых клеток появляется в результате митотических
		и обычно здоровые люди не замечают этот транс-
	делений и дифференцировки базальных (стволовых)
		порт. Однако при хронических воспалительных
	клеток. Замена клеток без нарушения непрерыв-
		заболеваниях дыхательных путей патологические
	ности эпителиального слоя происходит благодаря
		реакции на внешние факторы бывают чрезмерно
	универсальному процессу: отмирающие клетки не
		выражены и сопровождаются гиперсекрецией, что
	теряют связи с базальной мембраной практически
		оказывает больше вреда, чем защиты [10].
	до самого слущивания, которое происходит путем
		Образование респираторного секрета начина-
	вытеснения отмершей клетки соседними по слою
	функционирующими клетками [1, 60].	ется в альвеолах (рис. 3.19, см.				). Альвеолоци-
		ты II типа синтезируют белки, ФЛ и углеводы,
	Считалось, что только базальные клетки яв-
		составляющие поверхностно-активные вещества
	ляются клетками-предшественниками для других
		(ПАВ), входящие в САК. САК				включает три
	эпителиальных клеток дыхательных путей, в том
		компонента: мембранный компонент, гипофазу
	числе реснитчатых [20, 22]. Более поздние экспе-
		(жидкий компонент) и резервный сурфактант —
	рименты доказали, что клетки Клара также могут
		миелиноподобные структуры [2, 39]. В обычных
	дифференцироваться в реснитчатые эпителиоци-
		физиологических условиях секреция ПАВ проис-
	ты после повреждения ткани [24, 25].
		ходит по мерокринному типу, т.е. СК постоянно
	Высокую способность к пролиферации имеют
		выделяют секрет и при этом полностью сохраняют
	альвеолоциты II типа [10]. В нормальных условиях
		свою структуру. ПАВ предотвращают спадение
	их жизненный цикл является достаточно мед-
		альвеол во время выдоха и защищают их от ми-
	ленным. В то же время в ответ на повреждение
		кроорганизмов, содержащихся во вдыхаемом воз-
	альвеолоциты II типа начинают быстро делиться
		духе, также препятствуют транссудации жидкости
	митозом, чтобы восстановить эпителий [87, 88].
		из капилляров межальвеолярных				перегородок в
	В многочисленных исследованиях на моделях вос-
		альвеолы [141]. Последующие компоненты трахео-
	паления и окислительного повреждения легких у
		бронхиального секрета формируются клетками
	грызунов было продемонстрировано, что меченые
		Клара, бокаловидными клетками и перибронхи-
	альвеолоциты II типа дифференцируются в альве-
		альными железами [7, 8].
	олоциты I и II типа и в нормальных условиях, и
		Сформированный в альвеолах и альвеолярных
	в условиях повреждения [113, 114, 123–128, 142].
		протоках секрет перемещается к				терминальной
	В исследованиях культивируемых альвеолоцитов
		бронхиоле, имеющей эпителиальные структуры
	I типа in vitro было показано, что они обладают
		(рис. 3.20). В образовании секрета здесь прини-
	высоким пролиферативным потенциалом, что по-
		мают участие клетки Клара, которые продуцируют
	вышает вероятность участия альвеолоцитов I типа
		белки (протеины сурфактанта A, B и D), липиды и
	в естественных условиях в репарации легких после
		гликопротеины [68–70, 146]. Также клетки Клара
	повреждения [115, 116, 139].
		участвуют в регуляции баланса жидкости, воздей-
	Образование секрета	ствуя на ионные каналы [74, 75]. Сурфактант, про-
		дуцируемый альвеолоцитами II типа (белые стрел-

	Современные представления об образовании	ки), перемещается в зону бронхиол, смешивается
		с секретом клеток Клара и вспенивается в пери-
	секрета и мукоцилиарном транспорте базиру-
		од вентиляции с образованием мелкопузырчатой
	ются на результатах исследований А.М. Lucas и
		структуры, заполняющей все промежутки между
	М.С. Douglas. Еще в 1934 г. авторы впервые пока-
		ресничками и ворсинками и условно называемой
		127

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Раздел 3

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-

ль-фаза	является растворимой и представля-
ет собой	кристаллоидно-коллоидный раствор,

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

а		б

Рис. 3.21. Расположение слоев золь- и гель-фаз: а — на электронограмме (сканирующая электронная, ×4000); б — на схеме (по Н. Wunderer) [7, 8]

128

Механизмы защиты и регуляции иммунного ответа

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

Просвет

бронха

Гель-фаза Реснички Золь-фаза

Эпителий
	Бокаловидные	Подслизистая железа	С-волокна
	клетки		(афферент)
	Клетки
	мерцательного	Серозные
	эпителия
		клетки
	Слизистые
		(жидкий
	клетки
		секрет)
Гладкие	(вязкий секрет)
мышцы			Спинной мозг
бронха		Парасимпатика
		(эфферент)
		Симпатика (эфферент)

Рис. 3.23. Схема строения стенки бронха, формирования секрета бокаловидными клетками и бронхиальными железами (по J. Murray) [7, 11]

129

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/