Биохимические особенности функионирования альвеол

Адреналин через β-адренорецепторы, сопряженные с аденилатциклазой, повышает продукцию цАМФ. цАМФ индуцирует быструю интернализацию ENaC в апикальную мембрану и 3Na+/2K+-АТФазы в базолатеральную мембрану, тем самым быстро увеличивая реабсорбцию Na+.

Кортизол и альдостерон через рецепторы минералокортикоидов регулируют скорость транскрипции мРНК субъединиц ENaC и 3Na+/2K+-АТФазы.

Предсердный натрийуретический пептид (atrial natriuretic peptide — ANP, atrial natriuretic factor — ANF, atrial natriuretic hormone — ANH, atriopeptin) синтезируется и секретируется при растяжении кардиомиоцитов предсердий и желудочков. Натрийуретический пептид через рецептор сопряженный с гуанилатциклазой стимулирует производство цГМФ. В свою очередь, цГМФ ингибирует встраивание молекул ENaC и 3Na+/2K+-АТФазы в апикальную и базолатеральную мембраны, соответственно.

Рис. Регуляция секреции и реабсорбции ионов и воды альвеоцитами

Супероксид и гипоксия

Поскольку альвеоциты II типа содержат митохондрии, то при гипоксии, стимулирующей разобщение окисление и фосфорилирование, в клетках продуцируется супероксид (O2•–). Супероксид активирует ядерный фактор транскрипции NF-κB, который ингибирует транскрипцию мРНК α-субъединицы ENaC и β-субъединицы 3Na+/2K+- АТФазы. Таким образом, супероксид является функциональным антагонистом кортизола и альдостерона.

• Адреналин вызывает интернализацию ENaC и 3Na+/2K+-АТФазы

• Альдостерон и кортизол индуцируют синтез ENaC и3Na+/2K+-АТФазы

• Предсердный натрийуретический пептид ингибируетинтернализацию ENaC и 3Na+/2K+-АТФазы

• Супероксид ингибирует синтез ENaC и 3Na+/2K+-АТФазы через активацию фактора транскрипции NF-κB

Сурфактант

Сурфактант — это поверхностно активная мономолекулярная пленка, которая размещена на грани разделения фаз воздух—жидкость в альвеолах, альвеолярных каналах и респираторных бронхиолах 1—3-го порядка. Установлено, что субединицей сурфактанта является билипидн мембрана, в которую встроены липидные слои глико- и липопротеиновых комплексов.

Альвеоциты II типа синтезируют и секретируют поверхностно-активное вещество сурфактант. Молекулы сурфактанта содержат неполярную «головку» и полярные «хвосты». «Головки» молекулы сурфактанта направлены в сторону клеток, а «хвосты» — в просвет альвеолы. Сурфактант разрушает ассоциаты воды, снижает поверхностное натяжение и препятствует спаданию стенок альвеол. Синтез сурфактанта индуцируется кортизолом.

В состав сурфактанта входят протеины сурфактанта (SP) — SP-A, SP-B, SP-C и SP-D. Протеины SP-A и SP-D являются коллектинами, которые распознают поверхностные углеводы бактерий — остатки маннозы и N-ацетилглюкозамина. Бактерии «помеченные» протеинами SP-A и SP-D фагоцитируются альвеолярными макрофагами. Таким образом, протеины сурфактанта SP-A и SP-D обеспечивают неспецифическую антимикробную защиту. Протеины SP-B и SP-C стабилизируют фосфолипидную пленку.

Синтез сурфактанта, субъединиц ENaC и 3Na+/2K+-АТФазы начинаются с 28 недели беременности, поэтому преждевременные роды для новорожденного обусловливают развитием синдрома дыхательной недостаточности. Этот синдром

обусловлен повреждением клеток легких свободными радикалами, а также накоплением жидкости в альвеолах.

Рис. Функция сурфактанта –разрушение ассоциатов воды

Альвеолярные макрофаги

Альвеолярные макрофаги свободно перемещаются в полости альвеолам, но в основном концентрируются рядом с альвеоцитами II типа. Альвеолярные макрофаги экспрессируют индуцибельную NO-синтазу (iNOS). Синтез iNOS активируют IL-1, IL-10, клеточная стенка бактерий и их ДНК. iNOS продуцирует цитотоксичный оксид азота (NO), вызывающий гибель бактерий и опухолевых клеток.

Альвеолярный клиренс

Исходя из вышеописанных свойств клеток альвеол движение ионов и воды (альвеолярный клиренс) можно представить следующим образом: Альвеолы состоят из секретирующих ионы и воду (альвеоциты I типа) и реабсорбирующих ионы и воду (альвеоциты II типа) клеток. Секретируемая жидкость направляется от альвеоцитов I типа к альвеоцитам II типа, поэтому ингалируемые частицы пыли и бактерии попадая на этот поток жидкости перемещаются в направлении альвеоцитов II типа. Рядом с альвеоцитами II типа концентрируются альвеолярные макрофаги, которые фагоцитируются ингалируемые частицы и детрит. Избыток жидкости поступает в бронхиолы.

Дыхательные пути

Внутренняя поверхность дыхательных путей покрыта тонким слоем слизи. Слизь содержит растворенные в воде ионы Na+, Cl–, K+, Ca2+, муцины, сульфатированные протеогликаны, сурфактант, лизоцим, лактоферрин и секреторный IgA. Разные компоненты слизи синтезируются в разных отделах дыхательных путей и в респираторном отделе легких (вода, ионы, сурфактант), источником муцинов являются подслизистые железы.

Клиренс ингалируемых частиц

На клиренс ингалируемых частиц влияют:

● реология слизи;

● адгезивность слизи;

● биение ресничек реснитчатого эпителия.

Реология слизи

Реологические свойства (текучесть) слизи определяются соотношением между сульфатированными протеогликанами и концентрацией ионов Ca2+. Повышение содержания в слизи ионов Ca2+ снижает текучесть слизи. Синтез сульфатируемых протеогликанов регулируется ретиноевой кислотой, поэтому дефицит предшественника ретиноевой кислоты ретинола приводит к нарушению клиренса слизи, размножению бактерий и воспалению.

Адгезивность слизи

Адгезивность слизи прямо пропорциональна содержанию ионов Cl– и сурфактанта. Поверхностный эпителий тонко регулирует реологические и адгезивные свойство слизи благодаря избирательной реабсорбции ионов, секрецией сурфактанта и паракринной регуляции подслизистых желез.

Биение ресничек

Слизь постоянно перемешивается благодаря биению ресничек реснитчатого эпителия. Дыхательные пути следует рассматривать как реабсорбирующий участок (с максимумом реабсорбции в носоглотке), а респираторный отдел легких — как секретирующий. Поэтому направленный ток жидкости из нижних отделов в верхние обусловлен исключительно распределением секретирующих и реабсорбирующих элементов в нижних и верхних дыхательных путях.