结构上的防御功能

1.鼻咽气道(nasopharyngeal airway) 鼻腔几乎可以完整捕捉直径>10mm的颗粒,并且有效滤过直径>5mm的颗粒。鼻咽还可以吸收可溶性和反应性气体。可溶性气体二氧化硫可以通过正常呼吸状态被鼻腔完全吸收。在鼻咽前部快速改变气流方向有助于大颗粒惯性沉积,随气流冲进的颗粒通过打喷嚏、咳嗽或吞咽被清除出鼻咽气道。

2.通气气道(conducting airway)

(1)黏液纤毛清除作用:气道上皮细胞形成一个连续的气道内衬。直径>2mm的颗粒进入通气气道,被黏液捕捉。黏膜纤毛运动清除和咳嗽是从通气气道清除颗粒物质和微生物的主要方式。覆盖在大气道黏液层中吸入的微生物清除取决于纤毛协调拍打运动。单独咳嗽不能有效清除黏液。

通气气道的分泌物包含两层,上层的黏液层由上皮细胞合成的糖基化蛋白质(黏蛋白)组成;而下层是浆液层,提供极小的抵抗物以构成纤毛拍打运动的基础。纤毛拍打运动只是接触到较厚的凝胶层底部边缘,推进黏液向前运动,而黏蛋白可捕捉颗粒物质,并为特异性相互作用提供糖类受体。流感嗜血杆菌、肺炎链球菌和金黄色葡萄球菌可逃避与黏蛋白结合。在正常黏液纤毛清除作用下细菌与黏蛋白结合可能增加细菌清除率。

黏液由覆盖在呼吸道的纤毛上皮细胞推动。每个纤毛细胞约具有200根纤毛,每根纤毛拍打的频率为每秒钟12~14次,并可用15min从大气管清除微生物,30min从远端气管清除微生物。

(2)气道分泌物:气道上皮细胞分泌各种参与重要免疫反应的非黏蛋白成分,包括铁结合蛋白、抗氧化物和抗蛋白酶。

大多数微生物存活需要铁。铁在正常情况下被分隔在细胞内或固定在转移蛋白复合物上。微生物与转移蛋白竞争铁。由浆液性细胞释放的乳铁蛋白可逃避与铁结合。这一特性既可用于抑制黏膜表面铁依赖细菌生长,又可用于防止氢氧基诱导的组织损伤。

溶菌酶是人气道分泌量较大的酶,每日产量为10~20mg,可在气道抵抗细菌和真菌感染,抗感染的机制是催化大多数细菌细胞壁成分中的水解键。溶解肺炎链球菌的溶菌酶能通过抑制中性粒细胞趋化降低炎症对组织损伤的作用,并通过刺激中性粒细胞产生有毒的氧原子基。

白细胞和细菌是人气道分泌物中蛋白酶的主要来源。中性粒细胞的弹性蛋白酶能降解各种细胞外基质成分,包括弹性蛋白、粘连蛋白、纤维结合蛋白和胶原蛋白。铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、流感嗜血杆菌和肺炎链球菌都产生细菌蛋白酶,这些蛋白酶可降解弹性蛋白、免疫球蛋白(Ig)、溶菌酶基础膜和补体成分。为了抗衡这些蛋白酶的破坏作用,气道分泌物包括血清衍生蛋白酶(抗胰蛋白酶-α1、抗胰凝乳蛋白酶-α2和抗巨球蛋白-α2)和气道上皮细胞衍生蛋白酶(分泌性白细胞蛋白酶抑制因子、elafin)保护通气气道免受降解。