O que é necessário para uma tosse expelir muco das vias respiratórias

tosse é um dos sintomas mais comuns para procurar cuidados médicos (1, 2). Se a tosse vai causar tantos problemas, é melhor que valha a pena, e a evidência clínica é que realmente vale. Os doentes com tosse diminuída devido a doença neuromuscular ou sedação pós-operatória sofrem elevadas taxas de atelectase e pneumonia devido à incapacidade de limpar secreções das vias respiratórias, e há evidência de que um aumento do reflexo da tosse melhora a saúde (3, 4). O principal entre as secreções das vias aéreas é muco, e, em PNAS, Button et al. (5) analisar os requisitos biofísicos para uma tosse para separar o muco aderente de uma parede da via aérea. Antes de mergulhar nos detalhes, vale a pena rever o que se sabe sobre a bioquímica do muco e as forças geradas por uma tosse.muco é uma importante defesa contra perturbações do mundo exterior em superfícies epiteliais úmidas por todo o corpo, incluindo os olhos, vias aéreas, tracto gastrointestinal e trato genitourinário. A sua importância é revelada quando a barreira do muco não funciona em doenças como olhos secos ou doença inflamatória intestinal. Muco é uma substância notável e proteana, com propriedades na fronteira entre um fluido viscoso e um sólido elástico macio. Suas propriedades refletem principalmente as interações das glicoproteínas da mucina (∼0.5% da massa) com água (∼98%) e sais (∼1%). As proteínas globulares também estão presentes no muco normal (∼0,5% da massa), mas não têm um grande impacto nas propriedades físicas do muco, a menos que eles e o DNA estejam presentes em quantidades anormais durante os processos patológicos (3). As mucinas são moléculas muito grandes altamente glicosiladas, sendo responsáveis por suas interações ávidas com a água. As mucinas segregadas polimerizam-se em cadeias e redes que conferem ao muco a sua consistência semisolida. No entanto, as propriedades físicas do muco são altamente dependentes da concentração de mucina, com muco diluído agindo como um fluido, e muco concentrado como um sólido (6). Além disso, o muco diluído é um excelente lubrificante, enquanto o muco concentrado é adesivo (7 ⇓ ⇓ – 10).nos pulmões, uma camada de muco é continuamente impulsionada das vias aéreas periféricas às centrais pelo espancamento de cílios em células epiteliais que são intercaladas entre as células secretoras em um padrão de mosaico(Fig. 1, Inferior Direito). Partículas inaladas e patógenos aterram na camada muco e são movidos por cílios acima da traqueia, através das cordas vocais, e então engolidos e limpos pelo trato gastrointestinal (Fig. 1, Superior Direito). Topologicamente, o pulmão é um saco cego, portanto, sem a eliminação de partículas e patógenos por uma camada muco móvel, estes materiais se acumulariam. Em contraste, o trato gastrointestinal é um tubo aberto através do qual partículas e patógenos passam prontamente. A camada muco é gerada pela secreção de mucinas das células epiteliais superficiais (Fig. 1, inferior direito) e glândulas submucosas (não ilustradas). O espancamento ciliar é o principal mecanismo de eliminação do muco, com a tosse sendo um mecanismo de backup quando muco se acumula nas vias aéreas ou adere às paredes das vias aéreas (3, 11).

tosse tem sido estudada extensivamente, de modo que o seu mecanismo e as forças que gera são bem conhecidas (12). A tosse começa com uma inspiração rápida para encher os pulmões com ar, seguido pelo fechamento da glote, contração dos músculos expiratórios do peito e abdômen para gerar uma pressão intratorácica elevada, e a abertura súbita da glote para expulsar o ar da boca. Durante a tosse, a pressão intratorácica pode atingir 200 cmH2O, o que fornece a força motriz para o fluxo de ar (até 8 L / S)e reduz as vias aéreas centrais por compressão (Fig. 1, direita média) para maximizar a velocidade (até 28.000 cm/s ou 626 mi/h). Isto expele as secreções das vias respiratórias e para a garganta (faringe) (Fig. 1, à esquerda), onde podem ser engolidas ou expectoradas. O que tem sido quase inteiramente desconhecido até agora é como a força de cisalhamento gerada pela tosse interage com muco aderente nas vias aéreas.

para abordar esta questão, botão et al. (5) em primeiro lugar, desenvolveu um modelo conceptual segundo o qual o muco aderente podia ser separado da parede da via aérea por falha coesa ou adesiva. A falha coesa envolve fractura do muco aderente por ruptura física das mucinas e de outros polímeros dentro do muco, enquanto a falha adesiva envolve a separação do muco aderente da glicocalyx das superfícies celulares subjacentes (ver Figura 1 da ref. 5). Em seguida, eles montaram um dispositivo de teste para medir a força necessária para descascar uma camada de muco aderente de uma camada de células epiteliais das vias aéreas para testar o seu modelo. Este sistema também foi usado para avaliar os papéis da concentração de mucina e pH na determinação da força da coesão e adesão do muco, descobrindo que os efeitos da concentração de mucina dominaram sobre o pH dentro das gamas fisiológicas destes dois parâmetros. Por último, avaliaram os efeitos das modalidades terapêuticas, tais como hidratação do muco com solução salina, lise de polímero mucino com um agente redutor para quebrar ligações de dissulfeto, e diminuição da coesão e adesão com um surfactante. Cada uma destas modalidades proporcionou benefícios quando usada sozinha, e a combinação de hidratação e lise de mucina foi particularmente eficaz.a camada muco móvel é uma defesa essencial dos pulmões dos mamíferos, como demonstrado pela morte de ratinhos por infecção, inflamação e obstrução quando a principal mucina das vias aéreas segregada, Muc5b, é eliminada (13). A importância da defesa para a saúde humana é realçado pelo fato de que um overexpressing alelo de MUC5B tem sido tão fortemente marcada que ela está presente em 20% dos brancos (14), semelhante ao alelo frequência da foice de hemoglobina em áreas de hiperendêmicos malária. Também semelhante a foice de hemoglobina, a proteção tem um preço porque o MUC5B-overexpressing alelo é o principal fator de risco para a fibrose pulmonar idiopática, mais tarde na vida, provavelmente como resultado de epiteliais progenitoras esgotamento causado pelo proteostasis estresse de produzir altos níveis deste grande e complexa molécula (14, 15).

muito mais comum do que os problemas que a hiperexpressão do MUC5B causa na fibrose pulmonar são os papéis centrais que a disfunção do muco desempenha em doenças obstrutivas das vias respiratórias, tais como asma, doença pulmonar obstrutiva crónica (DPCO), e fibrose cística (CF). Na asma, a disfunção do muco é principalmente devido à hiperprodução da outra mucina das vias aéreas secretadas, MUC5AC, juntamente com a presença anormal de proteínas plasmáticas, ambas resultantes da inflamação como parte das defesas aberrantes patógenas (16). No CF, a disfunção do muco é devida ao transporte insuficiente de cloreto e bicarbonato para o lúmen das vias aéreas para permitir uma hidratação e expansão adequadas da mucina (17). Na DPOC, a disfunção muco é devida a uma combinação dos mecanismos que operam na asma e CF, bem como à disfunção ciliar, todos induzidos pelo fumo do cigarro (3). Nestes distúrbios, o muco acumula-se em grandes vias aéreas centrais e liga pequenas vias aéreas periféricas. Muco acumulado nas vias aéreas centrais é limpo relativamente eficazmente pela tosse porque, a esse nível, o fluxo de ar é alto e muco não está tão concentrado como em tampões das vias aéreas periféricas. No entanto, nas vias aéreas pequenas, o fluxo de ar durante a tosse fica fora da periferia, e muco concentrado fica impactado. Um estudo de imagem radiográfica em indivíduos com asma demonstrou que as tampas do muco das vias aéreas periféricas persistem durante anos (18). Vias aéreas de tamanho intermediário e distância da traqueia São onde o trabalho como o de Button et al. (5) é provável que tenha o maior impacto. A definição criteriosa das forças envolvidas na limpeza de muco aderente às paredes das vias respiratórias, tosse, combinado com a análise das interações de novo muco terapias com essas forças, nos permitirá tirar proveito dos benefícios do biológico complexo mecanismo de defesa que é a limpeza de muco, minimizando os efeitos adversos de muco disfunção (19).