Co to znamená pro kašel vyhnat hlenu z dýchacích cest

Kašel je jedním z nejčastějších příznaků pro vyhledání lékařské péče (1, 2). Pokud kašel způsobí tolik potíží, raději to stojí za to a klinickým důkazem je, že to skutečně je. Pacienti s poruchou kašel v důsledku nervosvalového onemocnění nebo pooperační sedaci trpí vysokou mírou atelektázy a pneumonie v důsledku selhání sekret z dýchacích cest, a existují důkazy, že zvýšené kašel reflex, zlepšuje zdraví (3, 4). Hlavní mezi sekrety dýchacích cest je hlen, a, v PNAS, Button et al. (5) analyzujte biofyzikální požadavky na kašel, abyste oddělili přilnavý hlen od stěny dýchacích cest. Než se ponoříte do detailů, stojí za to přezkoumat, co je známo o biochemii hlenu a silách generovaných kašlem.

Hlen je důležitou obranou proti odchylky od okolního světa na mokré epiteliálních povrchů celého těla, včetně očí, dýchacích cest, zažívacího traktu a urogenitálního traktu. Jeho význam je odhalen, když hlenu bariéry poruchy v poruchy, jako jsou suché oči, nebo zánětlivé onemocnění střev. Hlen je pozoruhodný a bílkovinnýlátka s vlastnostmi na hranici mezi viskózní tekutinou a měkkou elastickou pevnou látkou. Jeho vlastnosti primárně odrážejí interakce mucinových glykoproteinů (∼0,5% hmotnosti) s vodou (98 98%) a solemi (∼1%). Globulární proteiny jsou také přítomny v normální hlenu (∼0, 5% hmotnosti), ale nemají zásadní vliv na fyzikální vlastnosti hlenu, pokud jsou a DNA jsou přítomny v abnormální množství v průběhu patologických procesů (3). Muciny jsou velmi velké vysoce glykosylované molekuly, což odpovídá jejich zaníceným interakcím s vodou. Vylučované muciny polymerují do řetězců a sítí, které propůjčují hlenu jeho polotuhou konzistenci. Fyzikální vlastnosti hlenu jsou však vysoce závislé na koncentraci mucinu, přičemž zředěný hlen působí jako tekutina a koncentrovaný hlen jako pevná látka (6). Kromě toho je zředěný hlen vynikajícím mazivem, zatímco koncentrovaný hlen je adhezivní (7⇓ ⇓-10).

V plicích, vrstva hlenu je neustále poháněno z periferních do centrálních dýchacích cest tím, že bití řasinek na epitelové buňky, které jsou proloženy mezi sekrečních buněk v mozaice vzor (Obr. 1, Vpravo Dole). Vdechnuté částice a patogeny pozemku, na vrstvu hlenu a jsou přesunuty pomocí řasinek nahoru průdušnice, přes hlasivky, a pak polkl a zúčtovány prostřednictvím gastrointestinálního traktu (Obr. 1, Vpravo Nahoře). Topologicky jsou plíce slepým vakem, takže bez clearance částic a patogenů mobilní vrstvou hlenu by se tyto materiály hromadily. Naproti tomu gastrointestinální trakt je otevřená trubice, kterou částice a patogeny snadno procházejí. Vrstva hlenu je generována sekrecí mucinů z povrchových epiteliálních buněk (obr. 1, vpravo dole) a submukózní žlázy(nejsou ilustrovány). Ciliární bití je primárním mechanismem clearance hlenu, kašel je záložní mechanismus, kdy se hromadí hlenu v dýchacích cestách nebo se drží stěny dýchacích cest (3, 11).

kašel byl rozsáhle studován, takže jeho mechanismus a síly, které vytváří, jsou dobře známy (12). Kašel začíná s rychlým inspiraci naplnit plíce vzduchem, následuje uzavření glottis, kontrakci výdechových svalů hrudníku a břicha, aby generovat vysoký nitrohrudní tlak, a náhlém otevření glottis, aby energicky vyhnat vzduch z úst. Během kašle může intratorakální tlak dosáhnout 200 cmH2O, což poskytuje hnací sílu pro proudění vzduchu (až 8 L / s)a zužuje centrální dýchací cesty kompresí (obr. 1, vpravo uprostřed) pro maximalizaci rychlosti (až 28 000 cm / s nebo 626 mi / h). To vylučuje sekreci z dýchacích cest a do krku (hltanu) (obr. 1, vlevo), kde mohou být buď spolknuty nebo vykašlány. Až dosud bylo téměř zcela neznámé, jak smyková síla generovaná kašlem interaguje s adherentním hlenem v dýchacích cestách.

Chcete-li tento problém vyřešit, Button et al. (5) nejprve vyvinul koncepční model, podle kterého by adherentní hlen mohl být oddělen od stěny dýchacích cest buď soudržným nebo lepivým selháním. Kohezivní selhání zahrnuje zlomeniny přichycený hlenu fyzicky lámání muciny a jiné polymery v hlenu, vzhledem k tomu, lepidlo selhání zahrnuje oddělující přichycený hlenu z glykokalyx podkladového povrchu buněk (viz obrázek 1 ref. 5). Dále vytvořili zařízení pro testování odlupování, které měří sílu potřebnou k odlupování přilnavé vrstvy hlenu z vrstvy epiteliálních buněk dýchacích cest, aby otestovali svůj model. Tento systém byl také použit k posouzení role mucin koncentrace a pH při určování síly hlenu soudržnost a přilnavost, zjištění, že účinky mucin koncentrace dominuje nad pH do fyziologické rozsahy těchto dvou parametrů. Poslední, hodnotí účinky terapeutické postupy, jako jsou hlen hydrataci s fyziologickým roztokem, mucin polymer lyži s redukční činidlo zlomit disulfidové vazby, a snižuje soudržnost a přilnavost s povrchově aktivní látky. Každá z těchto způsobů poskytovala přínos při použití samostatně a kombinace hydratace a lýzy mucinu byla zvláště účinná.

mobilní hlenová vrstva je nezbytnou obranou savčích plic, jak ukazuje smrt myší na infekci, zánět a obstrukci, když je odstraněn hlavní vylučovaný mucin dýchacích cest, Muc5b (13). Význam této obrany na lidské zdraví je zdůrazněna skutečnost, že se zvýšenou expresí alelu MUC5B byl tak silně vybrán, že je přítomna u 20% běloši (14), podobné alely frekvence srpkovité hemoglobinu v oblastech hyperendemic malárie. Také podobné srp hemoglobinu, ochraně je v ceně, protože MUC5B-expresí alel je hlavní rizikový faktor pro idiopatickou plicní fibrózou pozdě v životě, pravděpodobně v důsledku epiteliálních kmenových vyčerpání způsobené proteostasis stres produkovat vysoké hladiny této velké a složité molekuly (14, 15).

Mnohem častější, než problémy, které MUC5B hyperexpression příčiny plicní fibrózy jsou ústřední role, které hlenu dysfunkce hraje v obstrukční onemocnění dýchacích cest jako je astma, chronická obstrukční plicní nemoc (CHOPN), cystická fibróza (CF). U astmatu je dysfunkce hlenu většinou způsobena hyperprodukcí druhého vylučovaného mucinu dýchacích cest, MUC5AC, spolu s abnormální přítomností plazmatických proteinů, které jsou výsledkem zánětu jako součást aberantních obranných patogenů (16). U CF je dysfunkce hlenu způsobena nedostatečným transportem chloridů a bikarbonátů do lumenu dýchacích cest, aby se umožnila dostatečná hydratace a expanze mucinu (17). U CHOPN je dysfunkce hlenu způsobena kombinací mechanismů působících při astmatu a CF, jakož i ciliární dysfunkcí, vše vyvolané cigaretovým kouřem (3). Při těchto poruchách se hlen hromadí ve velkých centrálních dýchacích cestách a ucpává malé periferní dýchací cesty. Nahromaděné hlenu v centrálních dýchacích cest je zrušeno relativně účinně kašel, protože na této úrovni, proudění vzduchu je vysoká a hlen není tak koncentrované jako v periferních dýchacích cest svíčky. V malých dýchacích cestách se však proudění vzduchu během kašle zužuje periferně a koncentrovaný hlen je ovlivněn. Radiografická zobrazovací studie u subjektů s astmatem ukázala, že hlenové zátky periferních dýchacích cest přetrvávají roky (18). Dýchací cesty střední velikosti a vzdálenosti od průdušnice jsou místem, kde fungují jako Button et al. (5) pravděpodobně bude mít největší dopad. Pečlivé definice sil podílejících se na odstraňování hlenu přichycený na stěny dýchacích cest kašel, v kombinaci s analýzou interakcí nových hlenu terapie s těmito silami, nám umožní odvodit výhody komplexní biologický obranný mechanismus, který je clearance hlenu, a zároveň minimalizuje nežádoucí účinky hlenu dysfunkce (19).