1.鼻咽氣道(nasopharyngeal airway) 鼻腔幾乎可以完整捕捉直徑>10mm的顆粒,并且有效濾過直徑>5mm的顆粒。鼻咽還可以吸收可溶性和反應(yīng)性氣體?？扇苄詺怏w二氧化硫可以通過正常呼吸狀態(tài)被鼻腔完全吸收。在鼻咽前部快速改變氣流方向有助于大顆粒慣性沉積,隨氣流沖進(jìn)的顆粒通過打噴嚏、咳嗽或吞咽被清除出鼻咽氣道。

2.通氣氣道(conducting airway)

(1)黏液纖毛清除作用:氣道上皮細(xì)胞形成一個(gè)連續(xù)的氣道內(nèi)襯。直徑>2mm的顆粒進(jìn)入通氣氣道,被黏液捕捉。黏膜纖毛運(yùn)動(dòng)清除和咳嗽是從通氣氣道清除顆粒物質(zhì)和微生物的主要方式。覆蓋在大氣道黏液層中吸入的微生物清除取決于纖毛協(xié)調(diào)拍打運(yùn)動(dòng)。單獨(dú)咳嗽不能有效清除黏液。

通氣氣道的分泌物包含兩層,上層的黏液層由上皮細(xì)胞合成的糖基化蛋白質(zhì)(黏蛋白)組成;而下層是漿液層,提供極小的抵抗物以構(gòu)成纖毛拍打運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。纖毛拍打運(yùn)動(dòng)只是接觸到較厚的凝膠層底部邊緣,推進(jìn)黏液向前運(yùn)動(dòng),而黏蛋白可捕捉顆粒物質(zhì),并為特異性相互作用提供糖類受體。流感嗜血桿菌、肺炎鏈球菌和金黃色葡萄球菌可逃避與黏蛋白結(jié)合。在正常黏液纖毛清除作用下細(xì)菌與黏蛋白結(jié)合可能增加細(xì)菌清除率。

黏液由覆蓋在呼吸道的纖毛上皮細(xì)胞推動(dòng)。每個(gè)纖毛細(xì)胞約具有200根纖毛,每根纖毛拍打的頻率為每秒鐘12~14次,并可用15min從大氣管清除微生物,30min從遠(yuǎn)端氣管清除微生物。

(2)氣道分泌物:氣道上皮細(xì)胞分泌各種參與重要免疫反應(yīng)的非黏蛋白成分,包括鐵結(jié)合蛋白、抗氧化物和抗蛋白酶。

大多數(shù)微生物存活需要鐵。鐵在正常情況下被分隔在細(xì)胞內(nèi)或固定在轉(zhuǎn)移蛋白復(fù)合物上。微生物與轉(zhuǎn)移蛋白競(jìng)爭(zhēng)鐵。由漿液性細(xì)胞釋放的乳鐵蛋白可逃避與鐵結(jié)合。這一特性既可用于抑制黏膜表面鐵依賴細(xì)菌生長(zhǎng),又可用于防止氫氧基誘導(dǎo)的組織損傷。

溶菌酶是人氣道分泌量較大的酶,每日產(chǎn)量為10~20mg,可在氣道抵抗細(xì)菌和真菌感染,抗感染的機(jī)制是催化大多數(shù)細(xì)菌細(xì)胞壁成分中的水解鍵。溶解肺炎鏈球菌的溶菌酶能通過抑制中性粒細(xì)胞趨化降低炎癥對(duì)組織損傷的作用,并通過刺激中性粒細(xì)胞產(chǎn)生有毒的氧原子基。

白細(xì)胞和細(xì)菌是人氣道分泌物中蛋白酶的主要來源。中性粒細(xì)胞的彈性蛋白酶能降解各種細(xì)胞外基質(zhì)成分,包括彈性蛋白、粘連蛋白、纖維結(jié)合蛋白和膠原蛋白。銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌、流感嗜血桿菌和肺炎鏈球菌都產(chǎn)生細(xì)菌蛋白酶,這些蛋白酶可降解彈性蛋白、免疫球蛋白(Ig)、溶菌酶基礎(chǔ)膜和補(bǔ)體成分。為了抗衡這些蛋白酶的破壞作用,氣道分泌物包括血清衍生蛋白酶(抗胰蛋白酶-α1、抗胰凝乳蛋白酶-α2和抗巨球蛋白-α2)和氣道上皮細(xì)胞衍生蛋白酶(分泌性白細(xì)胞蛋白酶抑制因子、elafin)保護(hù)通氣氣道免受降解。