呼吸系统的防御功能

上呼吸道的防御系统 鼻腔前庭的鼻毛可抵挡大于10μm的外来颗粒。整个鼻粘膜的假复层纤毛柱状上皮和粘膜下层，富于血管和植物神经纤维分布，加以鼻道狭窄弯曲，使气体产生涡流，调节鼻腔中气体的温度在37℃左右，并达到95%相对湿度的生理要求。粘膜的杯细胞和腺体的分泌物保持表层湿润，其中的溶菌酶及转铁蛋白等具有杀伤细菌能力。鼻咽和咽部富于淋巴组织如增殖体和扁桃体，起免疫性保护作用。喉头除供发音外，其吞咽与咳嗽反射可防止与清除异物吸入下呼吸道。鼻式呼吸的气流阻力较口式呼吸大一倍，几占气道总阻力的一半。气管插管或气管切开后，上呼吸道就失去吸入气体的调节作用。因此，必须采用充分湿化以达到保温保湿的目的。
下呼吸道的粘液-纤毛运载系统 气体传导性管道具有纤毛上皮细胞、粘液细胞和腺体以及免疫性物质综合构成的粘液-纤毛运载系统和免疫性反应，具有重要的防御作用。纤毛上皮细胞分布于整个传导性气道。每一细胞表面有200多根6～7μm长的纤毛。每根纤毛的中央有两根纤丝构成的纤毛杆，其周围有9对纤丝。在相邻纤丝之间，都与动力蛋白构成的侧臂密切相连。动力蛋白含三磷酸腺苷酶，使纤毛协调地起波浪状拍击动作，其频率为20次/s。纤毛的摆动，以异相波动相继地从下向上分段拍击，达到生理清除异物的作用。气道粘膜有两种密度的粘液层，纤毛周围的水样液胶层约5μm厚，其上又有厚稠2μm而具弹性的凝胶层。凝胶液为粘液腺和杯细胞的分泌物； 液胶液可能从毛细血管渗出或从纤毛细胞和（或）刷细胞的微绒毛分泌。纤毛杆浴浸在液胶层中。当纤毛运动到达顶点时，其顶端的爪样突起接触到凝胶层粘液的底部，带动上浮的粘液向前移动终于排出呼吸道。若痰液粘稠，运动阻力增加，则粘液固定于粘液腺的开口，而不能排出； 如液胶层变薄，其上凝胶层使纤毛粘结，亦不利于运载。Kartagener综合征患者，其纤毛细胞纤丝间缺乏动力蛋白的活性，使纤毛固定，不利于清除作用，故常遭致呼吸道感染。痰液清除率从肺外围小气道到大气道顺序加速。在管径1～2mm的小气道和总支气管的清除速度分别为0.5～1.0和5～20mm/min。清除能力受很多因素的影响，如局部纤毛脱失、粘膜创伤、上皮细胞鳞状化生、老年的退行性变，全身或局部脱水，以及胰囊性纤维化患者皆可削弱清除能力。吸烟和慢性阻塞性肺病患者，纤毛细胞受到损伤影响清除能力。
杯细胞在软骨气道多于膜性气道。慢性支气管炎时，杯细胞大量增加。在其胞浆液的顶部，有很多粘液性颗粒和核糖体，细胞成熟，腹部膨胀成杯状，其表面破裂，粘液乃向周围粘膜散开。杯细胞的分泌似不受神经支配，而粉尘或二氧化硫等局部刺激，却可增加其分泌量。粘液腺位在粘膜下层，由粘液与浆液两种分泌细胞构成，开口于粘膜上。其分布以中型支气管壁最多，逐渐向外周减少，到达细支气管时基本消失。粘液腺受迷走神经的支配，物理和化学性刺激亦能促进腺体分泌。Clara细胞为无纤毛柱状上皮分泌性细胞，只见于细支气管及终末细支气管的管壁。它有旺盛的代谢活力，含脂蛋白和磷脂，以及非特异性磷脂和酸性及碱性磷酸酶等；且具有非粘液性分泌功能。细支气管的慢性炎症使Clara细胞向杯细胞转化，稀薄的分泌物粘稠化，易梗阻细支气管，使肺泡萎陷。此外，正常传导性气道内还有脱落细胞碎屑、微生物以及组织漏出液等，每日可达10～100ml。粘液性分泌物除95%为水分外，主要是粘多糖、蛋白质复合物。糖蛋白含有神经氨酸衍化物和特异性糖类。粘液的糖蛋白增加分泌物的粘稠度，起保护和润滑的作用。肺炎球菌含神经氨酸酶，破坏神经氨酸，保护层受到损伤而液化，则细菌可直接接触粘膜而致病。气管-支气管分泌物具有液体的流动性和弹性物质的弹力性。痰液 “粘稠弹性”的粘稠度随湿度减少而增加；脓性痰比粘液痰有较高的粘度，但其弹性较差。在整个呼吸道粘膜下层除淋巴组织的细胞和体液免疫活性细胞外，还有抗病毒的干扰素以及多种广谱抗菌物质，调节呼吸道菌群的平衡，减少宿主对疾病的易感性。
终末呼吸单位的防御功能 终末呼吸单位表层无纤毛上皮或粘液分泌性细胞，亦缺乏淋巴引流管。正常气体交换组织之所以能保持无菌，是肺泡内众多的巨噬细胞发挥作用的结果。肺泡内的尘粒，借布朗宁运动向邻近扩散时，就被游走性肺泡巨噬细胞吞噬。被吞噬的尘粒借肺泡与小气道表层间的薄液，从肺泡转移到气道；然后随气道的粘液-纤毛运载而排出。载尘巨噬细胞还可穿过肺泡隔，进入间质腔，随肺泡间质液，转入小气道外围，部分被淋巴样组织转运到淋巴结，或再被带进粘液-纤毛系统而被清除掉。间质腔内少数尘细胞，可被毛细血管内皮细胞内摄，释放到循环系统； 而少数沉着于小动脉、小静脉周围或胸膜下组织时则难以被清除。肺胞腔内异物尚可通过Ⅰ型肺泡细胞的内摄从腔面直接到达间质腔。Ⅱ型肺泡细胞亦有吞噬作用。
肺泡巨噬细胞来源于骨髓单核细胞，经血循环到达肺间质，数天后即可适应高氧环境。肺泡巨噬细胞约20～40μm大小，呈卵圆或肾形，表面有明显皱褶，具有高度的活动性和吞噬力。肺泡巨噬细胞被特异性淋巴因子激活；细胞膜与IgG抗体的结晶段，或与补体系统C₃成分相结合后，巨噬细胞的活动性和灭菌力增强。细菌受到调理性抗体或表面活性物质包裹后，更易于被吞噬灭活。当细菌和尘粒被吞噬细胞吞噬后，在胞浆内形成吞噬体，再与膜性溶酶体合并成吞噬溶酶体，由内在水解酶前体在氧环境中起灭菌作用后，再被排出细胞外。二氧化硅和石棉能破坏吞噬酶体膜，使酶性物质外溢而导致细胞死亡，并在肺间质腔引起纤维性反应。可溶性气体如二氧化氮、臭氧等如未被粘膜吸收，可在肺泡内以脂性氧化作用或与细胞内酶性物质结合，损伤巨噬细胞。香烟气雾中的丙烯醛超过工业阈限的1500倍，可以抑制细胞蛋白质的合成。在吸烟者的肺泡冲洗液中，可见巨噬细胞大量增加，淋巴细胞明显下降，IgG量上升，说明慢性肺部炎症影响呼吸道的抵抗力。镉离子有激活细胞内溶菌酶，破坏肺组织的作用。健康人肺泡中的多核粒细胞仅占总数的1%，但在必要时可被肺泡巨噬细胞的趋化因子大量地吸引到炎性组织，起到比肺巨噬细胞更强的灭菌作用。但多核粒细胞还具有大量的硬蛋白酶及胶原酶，常引起肺组织的破坏，导致肺气肿等一系列不良后果。
吸入异物的过滤和清除 浮悬于空气中的微粒一般不超过15μm。吸入呼吸道的微粒通过下述的物理作用，在肺组织不同部位进行清除。
❶惯性冲击作用： 大小在10～15μm的尘粒，大部被鼻毛挡住，一部分冲击在狭窄的鼻道，附着于鼻中隔、鼻甲和咽部粘膜。附着在鼻腔前端的颗粒可借喷嚏排出； 而附于鼻咽后部者，常被粘液-纤毛运载系统向后推移至咽部最后吞下，或随唾液排出。
❷沉降作用：大小在0.2～5μm的颗粒可进入气道。因为管径随分支逐渐减小，气流速度相应减慢，终于使尘粒沉降于终末细支气管和呼吸性细支气管壁的粘膜上 （见图）。这些都是粉尘沉着、慢性支气管炎和肺气肿的好发部位。
❸扩散作用：0.1μm以下的气雾颗粒，被带到呼吸性细支气管和肺泡管的过程中，受气体分子的撞击，产生布朗宁运动，便向周围肺泡组织扩散而沉着。在平静呼吸时，大部分小于0.5μm颗粒悬浮于气流中，随呼吸气流出入于气道，其中一部分可粘附于管道粘膜。有的小颗粒因吸收了水分，体积增大变重，因而增加了沉着于管壁的机会。慢而深的呼吸，可增加颗粒进入小气道的机会； 剧烈运动时，气流速度高，颗粒冲击在较大管道的粘膜数量增多，而深入到小气道者减少。气雾颗粒的气

吸入的尘埃颗粒在呼吸道各部的沉积情况示意图

道沉着数与每分钟通气量成正比。
呼吸系统的过敏反应 过敏反应又称变态反应，主要有四种类型。
第Ⅰ型过敏（速发型）反应： 多见于特异性体质者，当他们接触到花粉、尘粒、动物皮毛、食物等抗原性物质而被致敏，再次接触相应抗原时，抗原即可与肥大细胞和（或）嗜碱粒细胞膜IgE抗体的抗原结合段(FAb)相结合，其结晶段(Fe段)激活细胞内代谢活力，使内中环磷腺苷(cAMP)浓度下降，产生脱颗作用，释放出组胺等生物活性递质，10～30分钟内引起支气管粘膜水肿、粘液分泌增加、平滑肌痉挛、血管扩张等改变和相应的症状。细胞内cAMP还与环磷鸟苷(cGMP)量相互制约，一种成分的增加，常伴另一成分的减少。β-肾上腺素能神经兴奋，可增加cAMP浓度，抑制递质的释放； 而胆碱能神经兴奋，减低cGMP量，促使递质的释放。患者常伴嗜酸粒细胞增多。此种过敏性可借血清被动转移到正常动物。以同种抗原对致敏者作皮内注射，迅速引起局部红肿，即Ⅰ型过敏反应的表现。
第Ⅱ型过敏（细胞毒性）反应： 引起这种过敏反应的IgG或IgM抗体，在补体系统的协助下，以其抗原结合段与药物、病毒或细胞膜本身的抗原相互作用，直接溶解细胞。常见于输血反应、溶血性贫血以及粒细胞缺乏症等。肺出血-肾炎综合征的免疫反应常位于肺泡、肾小管、乃至毛细血管基膜上，有抗体和补体的沉积，构成细胞毒性反应。此种免疫反应亦可能是Ⅲ型过敏反应的表现。
第Ⅲ型过敏（免疫复合物）反应： 血循环性抗原与IgG或IgM抗体在毛细血管基膜或动脉弹力层间隙形成免疫复合物时，可激活补体成分，或由于吞噬细胞的破坏，释放蛋白水解酶，引起血管壁炎症或组织坏死性反应。此型以系统性红斑狼疮为典型。对无特异性反应者，大量重复的吸入经嗜热放线菌作用过的霉草尘或甘蔗尘，产生血清沉淀素抗体后，则再吸入此抗原可出现过敏性肺泡炎。这种反应或称阿塞(Arthus)反应。经特异性抗原皮内注射，4～6小时才出现红肿痛块，24小时消退；同时出现血清型沉淀素性抗体可作出诊断。
第Ⅳ型（迟发或细胞免疫）反应：此型属细胞免疫反应，不需抗体或补体的参与。在抗原与致敏的小淋巴细胞(致敏T细胞)作用后释放出多种可溶性淋巴活性物质（淋巴因子） 激活巨噬细胞并增强其细胞内的灭菌作用； 在24～72小时内出现迟发型过敏及坏死性等反应，以结核菌素皮肤反应为代表。迟发型皮肤敏感性，可通过致敏淋巴细胞的转移因子传递。以特异性抗原作皮肤试验，可在常见的Ⅳ型反应性疾病中鉴别结核病、组织胞浆菌病、球皰子菌病等不同肉芽肿性疾病。器官移植的排斥反应和肿瘤免疫也属于Ⅳ型过敏反应。
呼吸系统的免疫功能 呼吸系统的免疫作用由骨髓干细胞分化出的囊依赖性B淋巴细胞与胸腺依赖性T淋巴细胞，分别负担体液免疫和细胞免疫功能。在体液性抗体中，单体IgA合成于粘膜下层淋巴组织的浆细胞内，构成血清免疫球蛋白总量的13%。但分布在鼻、咽、喉和传导性气道分泌物的IgA,90%为双体分泌性IgA(SIgA)。SIgA的两个IgA单体由连接链联结，并在上皮细胞中与分泌片结合而成。SIgA可降解分泌物中蛋白水解酶因而减少其破坏IgA的作用，故其杀菌活力较IgA为强。呼吸道发炎时，SIgA分泌量增加，并不需补体或调理素，有中和多种病毒的作用。SIgA对微生物无调理作用，亦不能利用补体系统杀菌，但可凝集、抑制微生物生长，中和其毒素并减少抗原对细胞壁的附着，从而控制细菌的增殖力。
IgG大都分布在细支气管与肺泡上皮，可在局部合成，部分由血清渗透而来。血清型IgG抗体活性极强，能使细菌凝集成颗粒，调理细菌便于吞噬细胞吞噬，活化补体，中和细菌的外毒素和病毒，并借助补体溶解革兰阴性杆菌。IgM亦可能在支气管粘膜局部合成，唾液中分泌性IgM量多。血清IgM的抗菌活力类似IgG。
IgE是速发型过敏反应中出现的免疫球蛋白。经抗原致敏的IgE以其Fc段与肥大细胞或（和）嗜碱粒细胞的表膜结合，当其FAb段与特异性抗原相结合，触发一系列细胞内代谢变化，释放出多种递质，产生哮喘、过敏性鼻炎、结膜炎等症状。呼吸道分泌型IgE可在局部合成，其生物特性与血清型相似。在过敏体质或特异反应者，哮喘发作时，IgE含量可超过正常值10倍以上。IgE对呼吸系统的保护作用尚不够了解。
细胞免疫有两种基本效应过程：
❶淋巴活性物质介导的反应： 是致敏T淋巴细胞与特异性抗原相结合，合成并分泌可溶性的淋巴活性物质，包括巨噬细胞移动抑制因子(MIF)、趋化因子、细胞毒因子、巨噬细胞活化因子(MAF)等。肺脏的致敏淋巴细胞，对慢性细胞内细菌感染，见之于巨噬细胞的激活，增强其酶活力。卡介苗接种，加强它们对结核菌的特异性免疫，亦加强对非特异性细菌如单核细胞增多性李司忒菌感染的杀菌作用。正常的巨噬细胞对它们并无杀菌作用。病毒感染削弱巨噬细胞的杀菌力，常易诱发细菌性继发感染。所以致敏的T细胞与巨噬细胞的协同作用，对终末呼吸单位防御感染具有重要作用。
❷细胞介导的细胞毒作用： 这是致敏淋巴细胞损伤特异性膜抗原的细胞。这种溶细胞活力，可能是排斥同种器官移植和破坏肿瘤细胞的免疫基础。在实验中，溶病毒抗原活性T细胞亦能破坏带有病毒的细胞，从而限制病毒的繁殖；这种细胞毒作用在呼吸系统尚未得到肯定。