Meccanismi di difesa dell'apparato respiratorio

Meccanismi di difesa dell'apparato respiratorio

Le viee aeree sono di fatto a contatto con l'ambiente esterno

Normalmente in un giorno vengono scambiati da 10.000 a 30.000 Litri di aria.

Gas respirati

O2, CO2, N2, argon

Nitrogen oxides, sulfur oxides, carbon monoxide, ozone

Volatile organic compounds, hydrocarbons

Materiale particolato

Pollen, ash, mineral dust

Mold spores, organic particles

Tutte queste sostanze sono capaci di danneggiare i polmoni sia direttamente che indirattamente

Le vie aeree e i polmoni devono essere capaci di gestire questa mole di lavoro, devono essere in grado inoltre di ripare i danni causati dal contatto con queste sostanze,devono essere capaci di rimuovere le particelle inalate.

Meccanismi fisici

Clearance mucociliare

Clearance alveolare

Tosse

Meccanismi immunologici

S-IgA

Sistema interferon

B.A.L.T.

Meccanismi bioenzimatici

Meccanismi fisici

Le particelle possono essere bloccate sulla superficie epiteliale

Filtrazione aerodinamica

Punti di biforcazione --> cambio di direzione

Flusso turbolento

Forza di gravità

Le particelle depositatesi vengono rimosse grazie a:

Clearance muco-ciliare

Tosse

Clearance  alveolare

Clearance mucociliare

L'epitelio delle vie aeree è di tipo pseudostratificato, è ricoperto da un sottile strato detto airway surface liquid (ASL). L'ASL consiste di uno strato acquoso periciliare (SOL) e di uno strato mucoso (GEL) sovrastante. Lo strato mucoso viene prodotto nelle vie aeree principali dalle ghiandole mucipare, e dalle goblet cell nelle vie aeree periferiche. L'origine dello strato acquoso non è del tutto chiara.

Una parte proviene dalla periferia , parte è prodotto dalle ghiandole mucipare.

E' poco chiaro il ruolo delle cellule epiteliali, più della produzione di ASL è importante il riassorbimento da parte di queste cellule. L'assorbimento è essenziale nell'impedire l'ostruzione delle vie aeree.

Le ciglia sono strutturalmente analoghe a dei flagelli, il movimento è dipendente dall' ATPase

Quando l'ATP viene metabolizzato, le proteine strutturali delle ciglia cambiano la loro configurazione: le ciglia si muovono. Le ciglia sono dotate di uncini nella loro parte terminale, questi sono in grado di attaccarsi al muco. Le ciglia si muovono in modo da trasferire l'energia del loro movimento solo in una direzione. Le ciglia ondeggiano verso il faringe.

Tosse 

Sebbene normalmente non presente, è un importante meccanismo di clearance. La tosse insorge essenzialmente quando una particella è troppo grande per essere rimossa dalla clearance mucociliare. Questo coinvolge riflessi scatenati dai irritant receptors e condotti dal nervo vago. Come per altri aspetti della repirazione , sebbene la tosse sia un meccanismo riflesso, è anche sotto il controllo volontario.

Quando l'aria  viene compressa sulla superficie mucosa, si generano dei flussi ad alta velocità che riescono a spostare grandi particelle nella direzione del flusso aereo. Entro certi limiti questo processo è facilitato dalla compressibilità delle pareti delle vie aeree periferiche. Durante l'espirazione forzata, le vie aeree sono compresse dall'aumentata pressione intratoracica. Quando il flusso d'aria passa attraverso le vie aeree compresse accelera notevolmente generando una maggiore spinta a livello della superficie mucosa. Naturalmente la clearance si riduce se le vie aeree si costringono eccessivamente.

Clearence alveolare

L'epitelio delle basse vie rerspiratorie non è dotato di ciglia, la clearance degli alveoli e delle vie aeree terminali dipende quindi primariamente dalla azione dei macrofagi.

I macrofagi sono cellule mononucleate che derivano dai monociti del sangue

Fagocitano particelle estranee, cellule morte.

Il materiale fagocitato è processato da vari meccanismi ( perossido d'idrogeno, acido ipocloridico, ossido nitrico)

I macrofagi si comportano da cellule presentanti l'antigene interagendo così con varie cellule del sis. immunitario. Una volta assolti i loro compiti i macrofagi:

Possono rimanere negli alveoli

Possono essere rimossi dalla clearance mucociliare

Possono essere rimossi dal sistema linfatico

Meccanismi immunologici

(S-IgA)

Nelle prime vie aeree sono maggiormente presenti le IgA secretorie (s-IgA). Sono costituite da 2 molecole IgA monomeriche unite da due proteine di giunzione. Un'altra glicoproteina, "secretory component" permette il passggio attraverso l'epitelio.

Azioni delle S-IgA

Azione neutralizzante su antigeni virali e batterici

Favoriscono l'agglutinazione batterica e la loro eliminazione

Riducono l'adesività batterica alle cellule epiteliali

Attivazione del complemento

Altre immunoglobuline ( IgG, IgM ) sono presenti nelle vie aeree inferiori con azione principalmente opsonizzante

Sistema interferon

Interferon a                linfociti attivati da virus

Spiccata e rapida attività antivirale - estende la difesa antivirale ad organi distanti

Interferon b                fibroblasti e cell. epiteliali

Si diffonde scarsamente dal sito di produzione, fornisce quindi protezione locale

Interferon g                linfociti T

maggiore attività immunomodulante e antitumorale ( Th1-Th2 )

Funzioni svolte dal sistema innerferon:

Stimolazione lisi cellule infette da parte delle cell. NK

Espressione antigeni virali e più facile riconoscimento da parte delle cellule immunitarie.

Inibizione adesione del virus alla cellula

Inibizione diffusione extracellulare del virus

Incremento dell'attività citotossica dei linfociti T

Incremento dell'attività macrofagica

B.A.L.T.

Svolge le seguenti funzioni:

Meccanismi di difesa umorale

Meccanismi di difesa cellulare

B.A.L.T.

B         bronchus

A         associated

L         lymphoid

T         tissue

Meccanismi bioenzimatici

Sebbene la clarance mucociliare è riconosciuta come la principale attività dell'epitelio delle vie aeree, altre proprietà di queste cellule sono importanti nella difesa delle vie aeree:

Funzione antibatterica

lisozima 

lattoferrina

chinine

a1-antitripsina

Antiossidanti

Le stesse cellule sono importanti fonti di glutatione. La presenza di agenti antiossidanti aiuta a ridurre il danno prodotto dall'inalazione di sostanze ossidanti a dal contatto con prodotti dei meccanismi infiammatori (elastasi- antielastasi).

Conclusioni

La difesa dalla presenza di materiale estraneo a livello dei polmoni è una funzione fisiologica che riveste la massima importanza. Nelle vie aeree la difesa si realizza grazie alla natura ramificata dell'albero respiratorio e grazie a meccanismi quali tosse e clearance mucociliare. Quando questi non sono sufficienti o falliscono, la risposta immunologica viene in aiuto. A livello alveolare comunque le cellule del sis immunitario e primariamente i macrofagi costituiscono il principale meccanismo di clearance. L'integrità tessutale del parenchima polmonare viene inoltre garantita dal mantenimento dell'equilibrio tra sostanze ed attività ad azione lesiva e sostanze con azione protettiva.