Анализ мокроты
Одним из основных защитных барьеров бронхов является слизь — трахеобронхиальный секрет (ТБС), покрывающий эпителий дыхательной трубки. Она рассматривается как постоянно восстанавливающийся фильтр, способствующий удалению ингалированных частиц, в том числе и микроорганизмов. Одновременно слизь представляет собой среду, в которой действуют системы специфической и неспецифической иммунологической защиты и находятся клетки «быстрого реагирования». Под влиянием различных механизмов и прежде всего в результате деятельности реснитчатого эпителия, трахеобронхиальный секрет перемещается от мельчайших бронхов до трахеи и глотки, чем обеспечивает так называемый мукоцилиарный клиренс — выведение из респираторного тракта ингалированных частиц, бактерий и продуктов метаболизма.
Респираторный тракт дыхательной системы обеспечивает доставку воздуха к зонам газообмена. Проводящая зона воздухоносных путей включает трахею, бронхи, бронхиолы и терминальные бронхиолы. Транзиторная и респираторная зоны состоят из дыхательных бронхиол, альвеолярных ходов и альвеолярных мешочков. Каждое из этих образований дает начало альвеолам. Дыхательная бронхиола первого порядка и все дистально расположенные от нее газообменные воздухоносные пути образуют легочный ацинус.
Схема доставки воздуха к зонам газообмена
Строение стенок проводящих воздухоносных путей значительно отличается от строения стенок дыхательных путей, в которых протекает обмен газов. Бронхиальная стенка содержит реснитчатый псевдослоистый эпителий, гладкомышечные клетки, слизистые железы, соединительную ткань и хрящ. Бронхиолы выстланы простым эпителием, имеют более тонкую стенку. Хрящ в бронхиолах отсутствует. Альвеолярная стенка служит преимущественно для газообмена. Бронхиальный эпителий является псевдослоистым, содержит высокие и низкие базальные клетки, каждая из которых прикреплена к базальной мембране. Бронхиолы выстланы простым эпителием. Эпителиальные клетки респираторного тракта имеют на своей апикальной поверхности реснички, которые служат важными элементами мукоцилиарной системы. Реснички ритмично колеблются в направлении носоглотки, продвигая защитный слой слизи, секретируемой бокаловидными клетками, расположенными между реснитчатыми клетками эпителия. Мукоцилиарный «эскалатор» является важным механизмом очищения респираторного тракта и частью защиты дыхательной системы организма. Альвеолярный эпителий состоит из двух типов клеток: плоских выстилающих (1-й тип) и секреторных (2-й тип). Клетки 1-го типа значительно меньшие по количеству, но занимают до 95 % площади альвеолярной поверхности. Клетки 2-го типа продуцируют и секретируют сурфактант, который состоит из протеинов и фосфолипидов. Он распределяется по альвеолярной поверхности и снижает поверхностное натяжение. Эндотелий капилляров также состоит из слоя плоских выстилающих клеток, располагающихся на эндотелиальной базальной мембране. Часть альвеол имеет спаянные базальные мембраны эпителия и эндотелия, что создает сверхтонкий барьер для обмена газов. Эндотелиальные клетки соединены между собой довольно слабо. В результате вода и растворенные в ней вещества могут перемещаться между плазмой и интерстициальным пространством, которое представляет собой область между эпителиальной и эндотелиальной базальными мембранами. В интерстиции представлены различные типы клеток, включая макрофаги и лимфоциты, играющие важную роль в защите организма.
Строение стенок проводящих воздухоносных и дыхательных путей
Основной источник бронхиального секрета — секреторный эпителий серозных и слизистых желез трахеи, крупных бронхов и бокаловидные клетки, а также клетки Клара. Кроме того, в состав бронхиального секрета входят сурфактант альвеол, составные части плазмы крови, попадающие туда в процессе экссудации или транссудации, и секретируемые местно белки, а также продукты дегенерации и распада микроорганизмов и собственных тканей.
ТБС представляет собой гетерогенное вещество, состоящее из легко растворимых в воде компонентов и нерастворимой желеподобной слизи волокнистой структуры. Вода составляет 89–95 % от массы нативного препарата и находится в свободном и связанном с протеинами и муцинами состоянии. Электролитный состав ТБС у здоровых людей близок к таковому плазмы крови и представлен, в основном, ионами Na, Cl, Р и Са.
Органические вещества слизи включают протеины, углеводы, нуклеиновые кислоты и липиды. Процентное соотношение их у разных людей различно. Гликопротеины (муцины) составляют 60–79 % компонентов волокнистой структуры слизи. Они представлены кислыми муцинами (сиаломуцины, сульфомуцины) и нейтральными муцинами (фукомуцины). Единственным источником гликопротеинов в ТБС в периферических дыхательных путях являются бокаловидные клетки. Гиперплазированные бокаловидные клетки и гипертрофированные бронхиальные железы подслизистой оболочки являются основным источником гиперпродукции слизи. В состав ТБС входят также калликреин, трансферрин и секреторный IgA. Макроскопически здоровые участки бронхиального дерева содержат муцины с большим количеством сиаловой кислоты. Нейтральные муцины и муцины с высоким содержанием сульфата характерны для бронхиального секрета при воспалительных процессах в бронхах.
Часть содержимого бронхиального секрета поступает в бронхи из альвеол. Сюда входят, в основном, фосфолипиды сурфактанта и альвеолярные макрофаги.
Особое значение для структуры и состава ТБС имеют протеолитические системы, входящие в его состав. Одновременное присутствие в ТБС протеолитических ферментов и их ингибиторов создает динамическую систему взаимодействия факторов, направленных, с одной стороны, на противомикробную защиту (протеолиз белков микроорганизмов), с другой — на нейтрализацию повреждающего действия протеаз микробов и регуляцию активности собственных протеаз с целью предупреждения аутолиза тканевых белков. Нарушения равновесия этой системы проявляются как повреждением тканей бронхолегочного аппарата, так и снижением его защитной роли.
Слизистая пленка респираторного тракта состоит из поверхностного более плотного и вязкого слоя (геля), касающегося только верхушек ресничек, и лежащего под ним более жидкого слоя (золя), в котором движутся реснички мерцательного эпителия.
Недостаток жидкой части, вызывая трение ворсинок, замедляет их движения. При избыточном же количестве жидкости мукоцилиарный эскалатор движется «вхолостую», так как недостаточная вязкость и малое содержание комочков слизи не создают сцепления с верхним плотным слоем.
Под действием ресничек ингалированная частица вместе со слизистым покрытием может проходить мимо 10 клеток слизистой оболочки за 1 с, т. е. время возможного контакта микроорганизма с каждой эпителиальной клеткой не превышает 0,1 с, что существенно затрудняет инвазию микроорганизмов в эпителий. Более быстрому удалению микроорганизмов с помощью мукоцилиарного механизма способствует их агглютинация, осуществляемая иммуноглобулинами секрета.
Разнообразие клеточных и субклеточных структур, механизмов и взаимосвязей, определяющих оптимальные характеристики ТБС для обеспечения изменяющихся условий деятельности системы дыхания, обусловливает еще более сложную ситуацию при наличии различных видов воспаления в бронхолегочном аппарате: инфекционном, аллергическом, токсическом и т. д. Изменения в ТБС носят защитно-приспособительный характер. Они направлены, прежде всего, на уменьшение интенсивности повреждающего воздействия, например путем разбавления агента в увеличенном объеме ТБС, и скорейшую ликвидацию патогена и поврежденной его воздействием ткани. Изначально и сам процесс воспаления носит защитный характер, направленный на локализацию, обезвреживание, элиминацию агента, вызывающего повреждение. Патологический характер процесс приобретает тогда, когда мера защиты превышена и извращена.
Оценивая роль изменений ТБС в процессе воспаления, целесообразно ход событий рассматривать поэтапно: первоначально гиперсекреция, дискриния и нарушения сурфактантной системы, затем нарушения мукоцилиарного клиренса, отек слизистой дыхательных путей с транссудацией жидкости в их просвет и снижением эндоцитоза ТБС, с последующим развитием склероза тканевого матрикса.
Наиболее уязвимым для повреждающих факторов является эпителий, выстилающий поверхность слизистой оболочки дыхательных путей, который при поражениях ингалируемыми ирритантами становится источником цитокинов.
Под влиянием различных вирусов, бактерий, их эндотоксинов, аллергенов и поллютантов клетки эпителия слизистой оболочки бронхиального дерева могут продуцировать и высвобождать в окружающую среду специфические цитокины, в том числе IL-1, IL-6, IL-8, фактор стимуляции колониеобразующих гранулоцитов, мононуклеаров и др. Морфофункциональные изменения эпителия бронхов начинаются с повышения проницаемости эпителиального покрова, сопровождаются отеком зоны контакта эпителиального и стромального компонентов, граничащих с базальной мембраной. Отслойка респираторного эпителия происходит в местах контакта с базальной мембраной и с базальными клетками.
Локализованные в слизистой оболочке тучные клетки выделяют хемотаксические факторы, а также биологически активные вещества (БАВ): медленно реагирующую субстанцию А (МРС-А, лейкотриены), простагландины, тромбоксаны. Кроме того, при воспалительной реакции в бронхах обнаруживаются элементы сыворотки крови: вода, альбумин, гаптоглобин, гемопексин, церулоплазмин, кислый α-гликопротеин, фибриноген, антитромбин-3, антипротеолитические ферменты, трансферрины, иммуноглобулины классов A, G, Е, М, а также гистамин и серотонин. Альвеолярные макрофаги — преобладающий тип клеток в жидкости бронхоальвеолярного лаважа, являясь эффекторными клетками, обеспечивают фагоцитоз ингалированных поллютантов, участвуют в иммунологической защите и обладают, в том числе секреторной активностью. Макрофаги, поглощая и разрушая чужеродные белки, способны предотвращать развитие аллергической реакции. В то же время, обрабатывая и передавая лимфоцитам антиген, макрофаги усиливают иммунный ответ. Кроме того, макрофаги секретируют медиаторы, которые стимулируют выделение слизи с повышенным содержанием гликопротеинов слизеобразующими клетками бронхов и выступают в роли основных регуляторов взаимодействия различных структур, тканей, клеток, обеспечивающих функционирование органов дыхания в различных условиях. В силу вазодилатирующего эффекта БАВ в зоне воспаления увеличивается кровоток и уси ливается выход плазмы из сосудистого русла. Этот процесс транссудации модулируется окисью азота (NO). Повышение выделения NO, в свою очередь, индуцируется фактором некроза опухоли альфа (ФНО-α), который продуцируется альвеолярными макрофагами и лейкоцитами.
Таким образом, при воспалительном процессе в составе ТБС происходят изменения, приводящие к изменению их реологических свойств — дискринии. Оптимальным диапазоном вязкости ТБС для мукоцилиарного клиренса являются значения между 50 и 150 сП. Как правило, при воспалении в бронхах (при бронхиальной астме, хроническом бронхите и других неспецифических заболеваниях легких) отмечается увеличение вязкости, что обычно соответствует снижению гидратации мокроты, повышению в ней концентрации органических и неорганических веществ, причем увеличение вязкости пропорционально тяжести течения заболевания.
Нарушения реологических свойств ТБС при воспалительных процессах связаны с изменениями его химического состава и зависят в первую очередь от содержания в нем кислых мукополисахаридов и ДНК, кислых муцинов и секреторных белков. Альбумин — постоянный компонент ТБС при воспалении, с одной стороны, является мощным акцептором БАВ, активных свободных радикалов и других повреждающих факторов, а с другой — существенно увеличивает вязкость ТБС путем формирования протеин-гликопротеиновых компонентов, нарушающих мукоцилиарный клиренс. Липидный спектр ТБС различается в зависимости от вида патологии. В растворимой и волокнистой составляющих секрета обычно преобладают фосфолипиды с небольшим содержанием глицеридов, холестерола, цереброзидов и свободных жирных кислот. Липиды составляют 30—40 % сухой массы нерастворимого вещества секрета бронхов у больных с кистозным фиброзом и бронхиальной астмой, и значительную часть (50—60 %) сухой массы нерастворимого вещества ТБС больных альвеолярным протеинозом. Главной составной частью липидов секрета у больных с неинфицированной мокротой являются нейтральные липиды, а при наличии инфицированной мокроты — фосфолипиды. Среди фосфолипидов преобладает фосфатидилхолин, а среди жирных кислот — пальмитиновая, стеариновая и олеиновая кислоты. Высокое содержание свободных жирных кислот и ДНК в гнойной мокроте является результатом распада клеток слизистой оболочки, лейкоцитов, макрофагов и бактерий. Указанные изменения в химическом составе ТБС определяют и ряд других физико-химических отличий ТБС при воспалениях. Кислая реакция мокроты отмечается при бронхиальной астме (БА), а щелочная — при раке легкого; наиболее высокая концентрация общего белка в мокроте характерна для бронхоэктатической болезни. Содержание сиаловых кислот в мокроте больных раком легкого обычно невелико, а при неспецифических заболеваниях легких (НЗЛ) их концентрация повышается, существенно увеличиваясь у больных с гнойными процессами. Концентрации сиаловой кислоты и общего белка в мокроте обычно пропорциональны активности воспалительного и некротического процессов в легких. Состав мокроты определяется патофизиологическими механизмами, характерными для того или иного заболевания, видом воспаления, соотношением дистрофических и репаративных процессов.
В условиях клинико-диагностической лаборатории в комплексную диагностику органов дыхания входят следующие исследования:
- 1) цитологическое исследование мокроты, промывных вод бронхов, бронхоальвеолярного лаважа;
- 2) бактериологическое исследование трахеобронхиального содержимого;
- 3) исследование мокроты для оценки остроты воспалительного процесса;
- 4) исследование мокроты для оценки течения бронхиальной астмы;
- 5) исследование конденсата влаги выдыхаемого воздуха.
