Любое изложение проблемы начинается с ее определения. Попытаемся определить, что собой представляет бронхиальная астма. В переводе с греческого астма означает «удушье», «одышка». Уже из названия этой болезни ясно, что удушье или одышка связаны с бронхами, образующими так называемое бронхиальное дерево. Для того чтобы понять, что же происходит в бронхиальном дереве при астме, необходимо представить себе его строение и функцию.
Глава 1. Строение и функция бронхиального дерева
Бронхиальное дерево — это часть легких, представляющая собой систему делящихся, как ветви деревьев, трубочек. Ствол дерева — это трахея, а отходящие от него попарно делящиеся ветви — бронхи. Деление, при котором одна ветвь дает начало следующим двум, называется дихотомическим. В самом начале главный левый бронх делится на две ветви, соответствующие двум долям легкого, а правый — на три. В последнем случае деление бронха называется трихотомическим и встречается реже. Теперь вообразите дерево, перевернутое ветвями вниз, — вот вам и бронхиальное дерево, каким его обычно представляют на иллюстрациях.
Рис. Схематичное изображение бронхиального дерева
Количество делений (или порядков деления) бронхов насчитывается по разным моделям от 16 до 23. Бронхи третьего порядка называют сегментарными, так как каждой их ветви соответствует сегмент — самостоятельная часть легкого. Дальнейшее деление сегментарных бронхов многократно увеличивает их число, причем диаметр ветвей с каждым последующим порядком уменьшается. Каково же количество и размер ветвей бронхиального дерева на всем его протяжении? Подробно этот вопрос изучил и интересно представил швейцарский ученый Э. Вейбель в своей книге «Морфометрия легких человека» (E.R. Weibel. Morphometry of the human lung, Springer-Verlag, 1963), переведенной на русский язык в 1970 г. В разделе «Геометрия и размеры воздухоносных путей кондуктивной (воздухопроводящей) и транзиторной (переходной) зон» он педантично сопоставляет данные реальных измерений человеческих легких и математического вычисления их моделей. На рисунке изображены основные зоны «условного» легкого, как автор их представил в книге.
Рис. Основные отделы воздухопроводящей зоны легкого
Бронхиальные ветви
1–16-го порядка деления относятся к кондуктивной (воздухопроводящей)
зоне. Они включают бронхи (1–4-й порядок), бронхиолы (4–15-й порядок) и
терминальные бронхиолы (16–й порядок). Другие ученые называют ветви
4–10-го порядка деления бронхами среднего и мелкого калибра, но это не
меняет сути вещей и поэтому не принципиально. После 16-го порядка
деления берут начало транзиторная (переходная) и респираторная зоны. Их
основные отделы представлены респираторными бронхиолами (17–19-й
порядок) и альвеолярными ходами (20–22-й порядок). Респираторные
бронхиолы осуществляют в основном воздухопроводящую функцию, а
альвеолярные ходы — газообменную. После 22-го порядка деления начинается
собственно альвеолярная зона, представленная альвеолами — замкнутыми
мешочками. Если кто-то из любопытных читателей доберется до этой книги,
то увидит, что диаметр ветвей воздухопроводящей зоны, начиная с 10-го
порядка деления, составляет от одного до десятых долей миллиметра!
Деление ветвей реального бронхиального дерева, как уже было сказано,
отличается от идеального парного ветвления и, начиная с первого
поколения — долевых бронхов, появляется трихотомическое деление, а также
разветвление в форме неправильной дихотомии (когда один из дочерних
бронхов в диаметре значительно меньше). Поэтому бронхиальных ветвей
третьего порядка — сегментарных — насчитывается не 8, а 20 (по другим
данным — 19). Но если наличие 19–20 сегментарных ветвей — не вызывающий
сомнения анатомический факт, то начиная с 4-го порядка деления реально
оценить их количество можно только ориентируясь на парное деление.
Приблизительно подсчитать общее количество воздухопроводящих ветвей с
1-го по 19-й порядок включительно довольно просто: достаточно 19-20
сегментарных бронхов (3-е поколение) умножать на 2, доходя до 19-го
порядка, а затем количество ветвей бронхиального дерева всех уровней
сложить вместе. Получается огромная цифра — сотни тысяч ветвей, из
которых только несколько десятков тысяч имеют диаметр 1 мм, а размеры
остальных — значительно меньше! А теперь взгляните на рисунок
бронхиального дерева еще раз. Сколько ветвей вы можете насчитать?
Конечно, гораздо меньше! То есть реальное строение бронхиальной системы
легких не вполне соответствует этому рисунку, поскольку на нем нельзя
увидеть самые мелкие бронхи и их конечные разветвления — бронхиолы. А
если бы вы посмотрели на разрез легкого при небольшом увеличении, то
увидели бы и бронхиолы, образующие пористую делящуюся сеть (как в губке
из поролона), по которой осуществляется движение воздуха к альвеолам,
где и происходит насыщение крови кислородом.
Рис. Легкое на разрезе при небольшом увеличении
Между бронхиальной
(воздухопроводящей) и альвеолярной (газообменной) зонами располагается
переходная зона, частично выполняющая обе функции. Воздух, проходя по
мелким воздухопроводящим ветвям, которые образуют пористую ткань,
играющую роль своеобразного фильтра, согревается и очищается от пыли,
сажи, микробов и прочих частиц, которые осаждаются в просвете бронхов и
бронхиол.
Объем вдыхаемого воздуха взрослым человеком в сутки составляет в среднем
15–25 тыс. литров. И весь этот воздух очищается, согревается и
обезвреживается! А как же затем очищается от грязи, пыли и микробов сам
«фильтр»? Для этой цели существует специальный механизм очистки,
называемый в медицине мукоцилиарным (от лат. mucus — слизь, cilia —
ресничка). Внутренняя поверхность бронхов (слизистая оболочка) построена
из особых клеток — реснитчатых. На их поверхности располагаются
специальные выросты — реснички, которые совершают непрерывные
колебательные движения по направлению к трахее и вместе со слизью,
находящейся на ее поверхности, выводят все вредные частицы вверх — в
глотку. Из глотки слизь выплевывается или незаметно проглатывается
человеком. Процесс этот напоминает движение снизу вверх ленты эскалатора
в метро с находящимися на ней людьми.
Слизь, необходимая для нормальной работы мукоцилиарного эскалатора,
вырабатывается особыми клетками, которые из-за своей формы называются
бокаловидными. Для обеспечения нормальной жизнедеятельности слизистой в
подслизистом слое располагается капиллярная сеть питающих ее кровеносных
сосудов. На рисунке показано схематичное строение этого эскалатора.
Рис. Слизистая бронхов и мукоцилиарная система:
1 — реснитчатые клетки; 2 — реснички; 3 — бокаловидные клетки; 4 — базальные клетки; 5 — слой слизи на поверхности ресничек;
6 — подслизистый слой; 7 — бронхиальная мускулатура
Но, как и в случае с бронхиальным деревом, эта схема не отражает реальной картины. И если посмотреть на фотографию, снятую с помощью электронного микроскопа, то можно увидеть огромное поле, сплошь покрытое ресничками, в отдельных местах которого располагаются огромные бокаловидные клетки — «фабрики» слизи. Так выглядит слизистая бронхов.
Рис. Слизистая бронхов, снятая с помощью электронного микроскопа
На самом деле система
мукоцилиарного транспорта построена и функционирует гораздо сложнее.
Кроме бокаловидных клеток, в образовании бронхиального секрета участвуют
перибронхиальные железы — серозные и слизистые. Серозные клетки и
железы продуцируют жидкий секрет, а слизистые — вязкий. Поэтому
бронхиальный секрет — это смесь, состоящая из жидкой фазы (части) — золя
и вязкой фазы — геля. Эффективная работа мукоцилиарного эскалатора
определяется, с одной стороны, активностью колебаний ресничек, а с
другой — соотношением фаз гель-золь. Бронхиальная слизь, образующая
ленту эскалатора, состоит, таким образом, из двух слоев. Нижний слой,
окружающий реснички, — жидкий (золь), а верхний слой, с которым
взаимодействуют кончики ресничек, продвигая слизь, — вязкий (гель).
Увеличение количества вязкого секрета вызывает слипание ресничек и
затрудняет их движение. А избыток жидкой фазы (золя) вообще
останавливает эскалатор, так как с поверхности ресничек слизистый слой,
образующий его ленту, как бы сползает, и этот сложный механизм выходит
из строя.
Слизь не только выводит различные частицы из бронхов, но и осуществляет
защитную функцию, предотвращая повреждение слизистой оболочки. Покрывая
поверхность слизистой, она осуществляет механическую защиту.
Гликопротеины слизи — высокомолекулярные биологические полимеры —
способны абсорбировать химические агенты, например окислы серы, азота,
защищая слизистую от химического повреждения. Антимикробные вещества —
лактоферин и лизоцим — разрушают бактерии, препятствуя развитию
инфекционного воспаления, а интерферон, оказывающий противовирусное
действие, защищает бронхиальное дерево от вирусов. Присутствующие в
бронхиальном содержимом иммуноглобулины класса А оказывают защитное
действие путем агглютинации (склеивания) бактерий и вирусов. Защиту от
разрушающих слизистую протеолитических ферментов убитых бактерий
осуществляет альфа-1-антитрипсин. Кроме гуморальных механизмов защиты, в
бронхиальном дереве существуют и клеточные: на поверхности
эпителиальных клеток нередко обнаруживаются нейтрофильные лейкоциты,
фагоцитирующие (пожирающие) различных микробов, и В-лимфоциты,
продуцирующие антитела, в частности иммуноглобулины класса А.
Итак, очищение воздуха, необходимого для нормального дыхания,
обеспечивает слизистая оболочка с мукоцилиарным механизмом. Но
мукоцилиарный механизм может не справиться с очищением большого объема
воздуха, если он сильно загрязнен. Поэтому в процессе эволюции возникла
необходимость регулировать поступление воздуха (его поток). Эту важную
функцию выполняет другая оболочка — мышечная. Она состоит из так
называемой гладкой мускулатуры, сокращение которой вызывает спазм
(сужение просвета) бронхиального дерева. С физиологической точки зрения
спазм бронхов — это защитная реакция, направленная на предотвращение
попадания в легкие инородных частиц и уменьшение воздушного потока,
загрязненного патологическими (вредными) аэрозолями жидкостей, газов и
пр. Бронхоспастическая реакция — это защитный рефлекс бронхов, он
реализуется нервно-рефлекторным путем. Наверное, каждый из вас не один
раз попадал в густой туман или задымленную атмосферу. И первое, что вы
ощущали — это некоторый дискомфорт в дыхании с последующим появлением
кашля. Это и был небольшой спазм бронхов, направленный на то, чтобы
предотвратить или ослабить воздействие на ваши легкие неблагоприятных
факторов внешней среды. Физиологический механизм сокращения гладкой
мускулатуры бронхов реализуется следующим образом.
Рис. Нервно-рефлекторный путь развития бронхоспазма:
1 — окончание чувствительного волокна блуждающего нерва; 2 — гладкая мускулатура бронхов; 3 — железы подслизистого слоя
Раздражение
чувствительных нервных окончаний в слизистой оболочке вызывает их
возбуждение, которое передается по афферентным (чувствительным) волокнам
блуждающего нерва (n. vagus) в его центр. Возникший импульс возбуждения
передается затем из центра по эфферентным (двигательным) волокнам
блуждающего нерва к их окончаниям в гладкой мускулатуре бронхов, что
приводит к выбросу из них медиатора (химического передатчика нервных
импульсов) — ацетилхолина. Высвобождение ацетилхолина и вызывает
сокращение гладких мышц бронхов и развитие спазма.
Если раздражитель очень агрессивный (например, химические вещества:
окислы серы, азота и др. или табачный дым), то одновременно со спазмом
гладкой мускулатуры стимулируется выделение бронхиального секрета. При
этом из бокаловидных клеток слизь выделяется в результате
непосредственного их раздражения. Из перибронхиальных желез, также
управляемых блуждающим нервом, секрет выделяется в результате
холинергического воздействия ацетилхолина. Спазм и выделение избытка
секрета проявляются ощущением дискомфорта, затруднением дыхания, кашлем и
желанием откашляться. Эти механизмы являются защитными, и их задача —
не допускать попадания в дыхательные пути вредных веществ или частиц, а
попавшие — немедленно нейтрализовать и затем эвакуировать.
Каким же образом происходит последующее расслабление бронхиальной
мускулатуры и устранение спазма бронхов? Механизм бронходилатации
(расширения бронхов) реализуется двумя путями. Первый путь — это
инактивация ацетилхолина ферментом холинэстеразой и прекращение его
действия на гладкую мускулатуру. Если же в результате очень сильного
раздражения выделяется большое количество ацетилхолина, то реализуется
второй путь: избыток ацетилхолина стимулирует мозговой (внутренний) слой
надпочечников. Это приводит к выбросу адреналина — вещества,
оказывающего бронхорасширяющее действие путем расслабления
спазмированных гладких мышц. Таким образом, защитный механизм
бронхоспазма реализуется нервно-рефлекторным путем с помощью
ацетилхолина, а механизм бронходилатации — гуморальным, с помощью
адреналина. Между активностью этих механизмов существует определенный
баланс, от которого и зависят степень сокращения и тонус бронхиальной
мускулатуры. У некоторых здоровых субъектов нарушение этого баланса (в
силу целого ряда причин) обусловливает повышенный бронхоспастический
рефлекс на различные внешние раздражители (туман, холодный воздух) или
форсированное (усиленное и учащенное) дыхание. Это явление носит
название гиперреактивности бронхиального дерева. Повышенная реактивность
— один из механизмов, способствующих развитию бронхиальной астмы. В том
случае, если гиперреактивность выявляется у здорового человека, она
носит название первичной и, по сути, является как бы индивидуальной
особенностью этого субъекта.
Блуждающий нерв относится к парасимпатическому отделу нервной системы,
медиатором которой, как уже говорилось, является ацетилхолин. Долгое
время существовало мнение, что бронхиальная мускулатура имеет и
симпатическую иннервацию, медиатором которой является норадреналин —
аналог адреналина. Поскольку парасимпатический и симпатический отделы
вегетативной нервной системы оказывают противоположное действие на
функцию органов, ранее предполагалось, что к гладкой мускулатуре бронхов
подходят расслабляющие ее симпатические нервы. Действительно, в
бронхиальном дереве были обнаружены волокна и симпатических нервов.
Однако затем было установлено, что окончания симпатических нервов
подходят только к гладкомышечным клеткам мелких кровеносных сосудов —
артериол, регулируя кровообращение в подслизистом слое бронхов. Таким
образом, бронхорасширяющих нервов не существует, хотя до сих пор во
многих учебниках, руководствах и атласах по физиологии легких они
изображаются как ветви симпатической нервной системы.
Итак, основная функция бронхов — это проведение, очищение и регуляция
потока воздуха в легкие, необходимого для нормального дыхания. Эта
функция обеспечивается слизистой и мышечной оболочками с
соответствующими механизмами регуляции: мукоцилиарным эскалатором и
изменением просвета бронхов с помощью сокращения гладкой мускулатуры.
Многослойное строение бронхиальной стенки, представленное на поперечном
разрезе, меняется в зависимости от уровня бронхиального дерева.
Рис. Бронх на поперечном разрезе: а — нормальный; б — при астме;
1 — слизистая, 2 — подслизистая и 3 — мышечная оболочки, 4 — слизистая пробка
На рисунке видно, что
основу стенки бронха составляют слизистая, подслизистая (с сетью
капилляров кровеносных сосудов) и мышечная оболочки. Ветви 1–4-го
порядка деления имеют еще и своеобразный «каркас», состоящий из хрящевых
колец, коллагеновых и эластических волокон, определяющих их «жесткую»
структуру. Гладкомышечный слой относительно слабо развит и находится под
эпителием. Нижележащие отделы бронхиального дерева (ветви 4–16-го
порядка деления), не имея «жесткой» хрящевой структуры, содержат в
стенках большое количество «активных» гладких мышц. Соединительная ткань
в них развита слабо. Респираторные бронхиолы (17–19-й порядок деления)
по своему строению полностью идентичны терминальным бронхиолам, но к их
стенкам уже примыкают одиночные группы альвеол. Альвеолярные ходы
идентичны респираторным бронхиолам, но альвеолы примыкают к их стенкам
уже на всем протяжении. При микроскопическом изучении легких человека
гладкомышечные волокна обнаружены в них вплоть до альвеолярных ходов.
Конечный отдел — альвеолярные мешочки идентичны по строению альвеолярным
ходам, но на периферии уже не разветвляются, а заканчиваются группами
концевых альвеол.
Что касается мерцательного (реснитчатого) эпителия, то он выстилает
бронхиальное дерево на всем его протяжении — от крупных бронхов до
бронхиол включительно, обеспечивая очищение воздуха на всем протяжении
до альвеолярных ходов. Бокаловидные клетки также присутствуют во всех
отделах воздухопроводящей зоны, однако на уровне терминальных бронхиол
они встречаются очень редко.
А теперь представьте, что по какой-либо причине просвет бронхиального
дерева значительно уменьшился, как это происходит при астме. Поток
воздуха, поступающего в легкие, при этом снижается, и в силу ряда
биомеханических причин затрудняется фаза выдоха. При этом человек,
ощутив дискомфорт, вынужден компенсировать недостаточную вентиляцию
более частым и глубоким дыханием, что проявляется одышкой. Форсированное
(усиленное и учащенное) дыхание приводит к появлению хрипов и свистов в
легких. Механизм возникновения хрипов и свистов аналогичен таковому в
обычном свистке: воздух, проходя с большой скоростью через суженный
просвет бронхов, вызывает свистящие звуки. А самая большая неприятность
заключается в том, что нарушается проходимость именно мелких бронхов и
бронхиол, диаметр которых составляет 1 мм и меньше. Поэтому так
мучительно протекают приступы удушья при астме. И что же происходит при
этом в бронхиальном дереве?
