Суточный объем бронхиального секрета колеблется в широких пределах и составляет от 10-15 мл до 100-150 мл или в среднем 0,1-0,75 мл на 1 кг массы тела. Здоровый человек не ощущает избытка слизи, что не вызывает рефлекторной кашлевой реакции. Это связано с существованием физиологического механизма выделения слизи из трахеобронхиального дерева - мукоцилиарного клиренса (транспорта).
Слизистая оболочка стенок бронхов покрыта многорядным призматическим мерцательным эпителием, в состав которого входят реснитчатые, бокаловидные, базальные и промежуточные клетки. Именно благодаря скоординированной деятельности мерцательных ресничек собственно эпителиальных или реснитчатых клеток возможно выведение бронхиального секрета.
Эпителиальные клетки слизистой бронхиального дерева имеют порядка 200 ресничек (ее длина 5 мкм, диаметр 0,1-0,2 мкм). Частота колебаний ресничек у здорового человека свыше 15 в 1 сек.
Такая слаженная работа мукоцилиарного аппарата определяет достаточно высокую скорость движения слизи в среднем до 4-10 мм/мин. У больных бронхиальной астмой было выявлено снижение скорости мукоцилиарного транспорта на 10-55%. Именно благодаря колебательным движениями ресничек эпителия возможно продвижение слизи. Существует две теории, объясняющие этот механизм. Одна связана с перемещением поверхностного слоя с толчкообразными движениями верхушек ресничек, которые в определенной фазе колебания упираются в нижнюю поверхность слоя и таким образом приводят его в движение. В соответствии с другой теорией густой поверхностный слой слизистого покрытия увлекается движением более глубокого жидкого слоя. Движение последнего возможно благодаря скоординированному сокращению ресничек клеток слизистой. Регулирующий колебания ресничек аппарат находится в апикальной части клеток.
Ранее было показано, что клетки реснитчатого эпителия группируются в так называемые "метахрональные поля", причем направление колебания (биения) ресничек всегда скоординировано в рамках одного и того же поля. Поскольку направление биения ресничек соседних полей не всегда совпадает, секрет может транспортироваться зигзагообразно.
Благодаря нормальной деятельности мукоцилиарного клиренса бактерии бронхиального секрета за 1 сек могут совершать путь до 10 и более клеток слизистой бронхов, что сводит время контакта микроорганизма с клеткой до 0,1 сек и делает затруднительным инвазию микроорганизма в эпителий.
Остаются невыясненными механизмы, регулирующие деятельность ресничек. На экспериментальной модели бронхиальной астмы показано увеличение скорости движения секрета в трахее после ингаляции ацетилхолина и гистамина. Вероятно, это связано со стимуляцией ацетилхолином активности реснитчатого эпителия.
Подтверждением служат данные о заметном замедлении мукоцилиарного транспорта у здоровых людей после приема атропина. Симпатомиметические средства и метилксантины также повышают активность ресничек и ускоряют мукоцилиарный транспорт (Luric et all,
1985). Можно считать доказанным стимулирующее мукоцилиарный транспорт действие адренергических агентов, которое осуществляется посредством увеличения частоты движения ресничек и, возможно, путем изменения характера и количества секрета.
Кроме функционирования реснитчатого эпителия, эффективность механического клиренса зависит также от реологических свойств бронхиального секрета.
В то же время следует сказать о сложности получения бронхиального секрета, соответствующего его истинному свойству. Наиболее удачными представляются бронхоскопические методы исследования, однако в связи со сложностью их проведения и большого числа осложнений данная процедура имеет ограниченное применение. Использование раздражающих аэрозолей отчасти позволяет решить эту проблему. Мокрота, получаемая после ингаляции ПГF2a, по своим физико-химическим свойствам больше всего соответствует истинному характеру бронхиального секрета.
Однако на практике наиболее часто анализу подвергается не чистый бронхиальный секрет, а мокрота из полости рта (см. схему ).
Мокрота, состоит из бронхиального секрета и слюны. В свою очередь объем бронхиального секрета, его химический состав зависят от влияния механических (размеры частиц пыли) и физических (влажность, температура) факторов внешней среды.
Бронхиальный секрет представляет собой сложную смесь секрета бронхиальных желез и бокаловидных клеток поверхностного эпителия (основные ее продуценты), а также тканевого транссудата, продуктов выделения специализированных клеток и альвеолярного сурфактанта.
В норме бронхиальная слизь почти на 89-95% состоит из воды, в которой находятся ионы Na, Cl, P, Са. От содержания воды в геле зависит консистенция мокроты. Кроме того, жидкая часть мокроты необходима для нормального МЦТ. На остальные 3-6% бронхиальная слизь состоит из нерастворимых макромолекулярных соединений: высоко- и низкомолекулярных, нейтральных и кислых гликопротеинов (муцинов) -2-3%, которые и обусловливают вязкий характер секрета; сложные белки плазмы - альбумины, глобулины, плазматические гликопротеины, иммуноглобулины классов A, G, Е; антипротеолитические ферменты - 1- антихимотрипсин, 1-антитрипсин. Липиды, составляющие 0,3-0,5%, представлены в основном фосфолипидами сурфактанта из альвеол и бронхиол и в небольшом количестве глицеридами, холестеролами и свободными жирными кислотами.
Детальное изучение химической структуры бронхиального секрета показало, что молекулы гликопротеинов связаны между собой дисульфидными и водородными связями. Исследование других белков бронхиального секрета показало, что они идентичны таковым в плазме крови. Исследование молекулярной структуры геля мокроты выявило, что она представляет собой систему, образованную молекулами гликопротеинов, сцепленными между собой поперечными дисульфидными связями. Такая структура геля мокроты и обусловливает ее "неньютоновский" характер и придает ему не только вязкие, но и эластические свойства.
Бронхиальный секрет состоит из двух слоев: верхнего (густого), лежащего над ресничками и являющегося вязкоэластичным гелем толщиной 2 мкм, и нижнего (глубокого) жидкого слоя (золя) толщиной 2-4 мкм, в котором плавают и сокращаются реснички. Золь продуцируется в респираторной зоне (альвеолах и дыхательных бронхиолах). Здесь он участвует в очищении воздуха, так как обладает умеренными адгезивными свойствами, способствует "прилипанию" пыли и микробов.
У слоя золя, создающего непрерывную пленку, очень короткий период релаксации. Поэтому энергия колеблющихся ресничек передается слизи относительно беспрепятственно. В терминальных бронхиолах и бронхах к секрету присоединяется содержимое бокаловидных клеток и серомукоидных желез. Так, по мере движения слизи к трахее формируется вязкоэластичный слой геля, состоящий из капель, комков слизи, осевших на пленку золя.
Гель мокроты состоит из гликопротеинов, формирующих широкую сеть, элементы которой содержат водородные связи. Этот гель способен перемещаться только после повышения минимального напряжения сдвига (предела текучести), то есть когда разрываются связанные ригидные цепи.
Соотношение двух фаз геля и золя определяется активностью серозных и слизистых желез. Преобладающая активность серозных желез у больных с бронхореей и приводит к образованию большого количества секрета с низким содержанием гликопротеинов. И, наоборот, гиперплазия слизеобразующих клеток, наблюдаемая при хроническом бронхите, бронхиальной астме, приводит к увеличению содержания гликопротеинов, увеличению фракции геля и соответственно повышению вязко-эластических свойств бронхиального содержимого.
Кроме того, при бронхообструктивных заболеваниях определяют гипертрофию желез, секретирующих слизь. Подсчитано, что на 10 эпителиальных клеток приходится одна бокаловидная, в то время как у больных астмой это соотношение уже достигает 1:5. Бокаловидных клеток в норме в терминальном отделе дыхательных путей очень мало, то есть их количество сокращается с уменьшением просвета бронхов. Однако у больных бронхиальной астмой их находят в значительном количестве среди эпителиальных клеток мелких бронхов. Конечно, процесс слизеобразования имеет защитную функцию, но может нарушать дренажную функцию бронхов и влиять на дыхание.
С повышением вязкости скорость движения секрета замедляется или может вообще приостановиться. Вязкий стекловидный бронхиальный секрет может полностью перекрыть просвет бронхов, особенно мелких. Блокада воздухоносных путей слизистыми пробками у больных бронхиальной астмой всегда приводит к нарушению вентиляционно-перфузионных взаимоотношений.
Скопление бронхиального секрета влияет не только на дренажную функцию бронхов, нарушая мукоцилиарный барьер, но и снижает местные иммунологические процессы. Это единый комплекс защиты органов дыхания. Было установлено, что при вязком бронхиальном секрете снижается содержание в нем секреторного IgA, что, естественно, снижает местную защиту.
В клинической практике, как правило, не проводится анализ химического состава мокроты. О ее характере и составе судят по физическим или реологическим свойствам. В последнее время стали уделять большое внимание исследованию физико-химических свойств мокроты, ее вязкости и эластичности, от которых зависит ее способность к текучести, т.е. ее реологические характеристики.
Вязкость мокроты определяет ее устойчивость к деформации, а эластичность - способность восстанавливать свою форму (позицию) после прекращения нагрузки. Кроме указанных свойств, определенное значение имеет адгезивность мокроты, обусловленная ее связью с плотной поверхностью бронхов. Площадь контакта мокроты с бронхами определяет величину адгезии. Площадь уже зависит от шероховатости поверхности бронхов и их способности смачиваться мокротой.