Sách dịch. Các nguyên lý Y học Hô hấp 8e. Chương 4. Các khía cạnh Giải phẫu và Sinh lý của Đường thở

MỤC LỤC CHƯƠNG

Trên đường đi từ mũi hoặc miệng đến vùng trao đổi khí của phổi, không khí đi qua thanh quản và sau đó dọc theo một loạt các cấu trúc hình ống phân nhánh dần từ khí quản xuống các tiểu phế quản nhỏ nhất. Để chuẩn bị cho việc thảo luận về các bệnh lý ảnh hưởng đến đường thở, chương này mô tả cấu trúc của các đường thở này và sau đó xem xét cách chúng hoạt động.

CẤU TRÚC

Khí quản, phế quản và các tiểu phế quản cho đến tiểu phế quản tận tạo thành đường thở dẫn khí. Chức năng của chúng là vận chuyển khí và bảo vệ phần phổi ở xa khỏi các chất ô nhiễm hít vào, nhưng chúng không trực tiếp tham gia vào quá trình trao đổi khí. Vượt qua tiểu phế quản tận là các tiểu phế quản hô hấp. Chúng đánh dấu sự khởi đầu của vùng hô hấp của phổi, nơi diễn ra quá trình trao đổi khí. Các tiểu phế quản hô hấp được coi là một phần của vùng trao đổi khí của phổi vì có một số phế nang hiện diện dọc theo một phần thành của chúng. Với các thế hệ kế tiếp của tiểu phế quản hô hấp, ngày càng có nhiều phế nang xuất hiện dọc theo thành cho đến vị trí các ống phế nang, vốn được “phế nang hóa” hoàn toàn (Hình 4.1). Cuộc thảo luận trong chương này chỉ giới hạn ở các đường thở dẫn khí và những khía cạnh của các đường thở ở xa hơn có ảnh hưởng đến sự di chuyển của không khí nhưng không ảnh hưởng đến trao đổi khí. Cấu trúc phế nang được thảo luận thêm trong Chương 8.

Đường thở được cấu tạo bởi nhiều lớp mô (Hình 4.2). Liền kề với lòng đường thở là lớp niêm mạc, bên dưới là màng đáy ngăn cách các tế bào biểu mô của niêm mạc với lớp dưới niêm mạc. Bên trong lớp dưới niêm mạc có các tuyến nhầy (chất chứa bên trong được tiết qua niêm mạc vào lòng đường thở), cơ trơn, và mô liên kết lỏng lẻo với một số dây thần kinh và mạch bạch huyết. Bao quanh lớp dưới niêm mạc là một lớp sụn-sợi chứa các vòng sụn nâng đỡ cho nhiều thế hệ đường thở. Cuối cùng, một lớp mô quanh phế quản với mỡ, mạch bạch huyết, mạch máu và dây thần kinh bao quanh phần còn lại của thành đường thở. Mỗi lớp này sẽ được xem xét ở đây, với mô tả về các tế bào thành phần và cách cấu trúc thay đổi trong quá trình đi xuống xa hơn qua cây khí-phế quản.

Lớp bề mặt (niêm mạc) chủ yếu bao gồm các tế bào biểu mô trụ giả tầng. Nó được gọi là “giả tầng” vì ở khí quản và các phế quản lớn, niêm mạc có vẻ dày bằng nhiều tế bào, do hình dạng trụ và vị trí khác nhau của các nhân; tuy nhiên, mỗi tế bào thực sự đều nằm trên màng đáy (xem Hình 4.2A). Các lông chuyển lót trong lòng đường thở chịu trách nhiệm bảo vệ các đường thở sâu hơn bằng cách đẩy các chất tiết của khí-phế quản (và các hạt hít vào bị mắc kẹt trong đó) về phía hầu họng. Các lông chuyển của tế bào biểu mô đường thở có cấu trúc siêu vi đặc trưng thấy ở các tế bào có lông chuyển khác: một cặp vi ống trung tâm và một vòng ngoài gồm chín vi ống kép (xem Hình 22.1). Các nhánh bên nhỏ gọi là tay dynein, chứa adenosine triphosphatase (ATPase) dynein, được tìm thấy trên các vi ống kép bên ngoài. Cấu hình và chức năng phù hợp của các tay dynein là cần thiết cho hoạt động bình thường của lông chuyển, và những bệnh nhân có lông chuyển thiếu các tay dynein hoạt động đầy đủ sẽ bị suy giảm hoạt động lông chuyển và do đó phát triển các bệnh nhiễm trùng phế quản-phổi tái phát.

Rải rác giữa các tế bào biểu mô có lông chuyển là các tế bào biểu mô tiết mucin gọi là tế bào hình đài, có chức năng sản xuất và tiết mucin vào lòng đường thở. Thông thường, tế bào hình đài phổ biến hơn ở các đường thở gần. Số lượng của chúng giảm dần về phía ngoại vi và chúng không có mặt ở các tiểu phế quản tận. Mucin là các glycoprotein rất lớn, một số trong đó liên kết với màng tế bào biểu mô đường thở, trong khi những loại khác được tiết vào đường thở. Mucin được tiết ra có thể polyme hóa, giãn nở lớn về mặt vật lý, và liên kết với nước, chất điện giải và các phân tử khác để tạo thành một lớp gel nhầy nhớt, điều này cần thiết cho sự chuyển động bình thường của lông chuyển và do đó cần thiết cho việc làm sạch các hạt và vi sinh vật hít vào khỏi đường thở. Ở người, có bảy loại mucin chính của đường thở; hai loại quan trọng nhất dường như là MUC5AC, được sản xuất chủ yếu bởi các tế bào hình đài, và MUC5B, được sản xuất chủ yếu bởi các tế bào trong các tuyến dưới niêm mạc (xem phần sau). Trong các chất tiết đường thở khỏe mạnh bình thường, MUC5AC là mucin có nhiều nhất.

Lớp niêm mạc của các đường thở lớn bao gồm các tế bào biểu mô trụ giả tầng có lông chuyển. Biểu mô bề mặt dường như có các chức năng quan trọng khác có thể bị thay đổi trong một số tình trạng lâm sàng nhất định. Nhờ các liên kết chặt chẽ giữa các tế bào biểu mô ở bề mặt lòng ống, biểu mô ngăn chặn sự xâm nhập của vật lạ hít vào đến các lớp sâu hơn của thành đường thở. Có bằng chứng cho thấy sự phá vỡ chức năng hàng rào này do viêm, cho phép các kháng nguyên xâm nhập qua bề mặt biểu mô, là một yếu tố quan trọng trong bệnh hen suyễn. Một chức năng quan trọng khác của biểu mô liên quan đến việc vận chuyển và điều hòa tích cực các ion, đặc biệt là clorua và bicarbonate, để duy trì một môi trường ion thuận lợi trong lớp nhầy lót thành đường thở. Trong bệnh xơ nang, sự bất thường trong vận chuyển clorua của các tế bào biểu mô bề mặt đóng một vai trò quan trọng trong cơ chế bệnh sinh (xem Chương 7).

Các tế bào đáy nằm xen kẽ sâu trong lớp biểu mô, tiếp giáp với màng đáy. Chức năng của tế bào đáy là biệt hóa và bổ sung cho các tế bào bề mặt hơn của niêm mạc, có thể là tế bào có lông chuyển hoặc tế bào hình đài tiết dịch. Ở các đường thở xa hơn và tiểu phế quản tận, các tế bào Club được tìm thấy xen kẽ giữa các tế bào biểu mô có lông chuyển. Các tế bào Club, hoạt động như tế bào tiền thân cho chính chúng và cho các tế bào có lông chuyển, có một số chức năng bảo vệ, bao gồm tổng hợp các phân tử miễn dịch và một lượng nhỏ chất nhầy và protein surfactant, cũng như chuyển hóa các hóa chất hít vào. Một loại tế bào quan trọng khác được tìm thấy trong biểu mô đường thở là tế bào nội tiết thần kinh phổi (tế bào Kulchitsky). Những tế bào này là một phần của hệ thống hấp thụ và khử carboxyl tiền chất amin (amine precursor uptake and decarboxylation – APUD) và do đó có khả năng sản xuất các hormone amin (serotonin, dopamine, norepinephrine) và các sản phẩm polypeptide. Ngoài ra, các tế bào nội tiết thần kinh phổi có các bào tương mở rộng đến bề mặt lòng ống. Do đó, các tế bào này có thể tham gia vào việc cảm nhận thành phần của khí hít vào và đã được giả thuyết là đóng một vai trò trong việc kiểm soát thông khí và tưới máu theo vùng. Các loại tế bào khác nhau trong niêm mạc đường thở có ý nghĩa không chỉ vì vai trò sinh lý bình thường của chúng mà còn vì cách chúng phản ứng với sự kích thích đường thở và khả năng trở thành khối u.

Lớp dưới niêm mạc có hai thành phần chính: tuyến nhầy phế quản và cơ trơn phế quản. Chất nhầy là một chất giống như gel bao gồm chủ yếu là nước (97%) và mucin. Các protein khác bao gồm các chất điều hòa miễn dịch cũng có mặt, cũng như các chất điện giải, lipid và mảnh vỡ tế bào. Các tuyến nhầy nằm giữa các dải cơ trơn. Đáy của các tuyến được lót bởi các tế bào nhầy và tế bào thanh dịch và được nối với đường thở bằng các ống dẫn lót bởi các tế bào có lông chuyển. Ống dẫn này vận chuyển các chất tiết qua niêm mạc và đổ chúng vào lòng đường thở. Như đã lưu ý trước đó, mucin chính được sản xuất bởi các tuyến nhầy là MUC5B. Trong các tình trạng bệnh lý như bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính và xơ nang, nơi có sự tăng sản và phì đại tuyến nhầy, MUC5B trở nên nổi bật hơn MUC5AC trong dịch tiết phế quản. Tuy nhiên, chức năng của MUC5AC và MUC5B có khác nhau hay không vẫn chưa được hiểu rõ. Ngoài ra, một đa hình phổ biến trong gen MUC5B có liên quan đến tính nhạy cảm với bệnh xơ phổi vô căn (idiopathic pulmonary fibrosis – IPF), một bệnh của nhu mô phổi được thảo luận trong Chương 11. Các tế bào thanh dịch cũng lót các tuyến nhầy; các tế bào này tiết ra proteoglycan và nhiều chất kháng khuẩn tham gia vào hệ miễn dịch bẩm sinh (xem Chương 22). Cơ trơn đường thở có mặt từ khí quản xuống đến tiểu phế quản và thậm chí cả ống phế nang. Sự rối loạn về số lượng và chức năng của cơ trơn là quan trọng trong bệnh tật, đặc biệt là trong trường hợp hen phế quản.

Lớp sụn-sợi rất quan trọng vì sụn cung cấp sự hỗ trợ cấu trúc cho đường thở. Hình dạng của sụn thay đổi đáng kể ở các cấp độ khác nhau của cây khí-phế quản, nhưng chức năng ở tất cả các cấp độ có lẽ là tương tự nhau.

Cấu trúc đường thở thay đổi đáng kể khi đi xuống xa hơn trong cây khí-phế quản. Chúng ta đã mô tả cấu trúc chung của đường thở, nhưng cấu trúc thay đổi đáng kể ở các cấp độ khác nhau. Một số khác biệt này được minh họa trong Hình 4.2. Trong quá trình đi xuống xa hơn qua cây khí-phế quản, các thay đổi sau đây thường được thấy:

1. Lớp tế bào biểu mô trở nên mỏng dần cho đến khi chỉ còn một lớp tế bào hình khối ở cấp độ tiểu phế quản tận.
2. Tế bào hình đài giảm số lượng cho đến khi chúng biến mất ở khoảng cấp độ tiểu phế quản tận. Các tế bào Club hình vòm xuất hiện ở các đường thở nhỏ hơn, nơi chúng góp phần vào việc sản xuất chất nhầy và các chức năng khác.
3. Các tuyến nhầy, có mặt trong khí quản và các phế quản lớn, có số lượng nhiều nhất ở các phế quản cỡ trung bình. Chúng trở nên ít dần về phía xa và không có ở các tiểu phế quản.
4. Cơ trơn thay đổi hình dạng ở các cấp độ khác nhau của cây khí-phế quản. Trong khí quản và các phế quản lớn, cơ trơn được tìm thấy dưới dạng các dải hoặc một mạng lưới xoắn ốc, trong khi ở các phế quản nhỏ hơn và tiểu phế quản, một lớp cơ trơn liên tục bao quanh đường thở. Khi kích thước đường thở giảm dần về phía xa trong cây khí-phế quản, cơ trơn thường chiếm một phần lớn hơn trong tổng độ dày của thành đường thở. Tỷ lệ cơ trơn so với độ dày thành đường thở trở nên tối đa ở cấp độ tiểu phế quản tận.
5. Sụn cũng thay đổi hình dạng. Trong khí quản, các vòng sụn có hình móng ngựa, với mặt sau của khí quản không có sụn. Trong các phế quản, các mảng sụn trở nên nhỏ hơn và ít hơn về phía xa cho đến khi sụn không còn ở các tiểu phế quản.

Phần thảo luận trên mô tả nhiều đặc điểm cấu trúc của đường thở bình thường. Tuy nhiên, một loạt các thay đổi xảy ra khi tiếp xúc mãn tính với một chất kích thích như khói thuốc lá. Một số thay đổi này, đặc biệt là ở các tế bào biểu mô, rất quan trọng vì có khả năng dẫn đến ác tính sau này (xem Chương 20). Các thay đổi khác thể hiện rõ ở các cấu trúc tiết chất nhầy (tuyến nhầy phế quản và tế bào hình đài) và là những đặc điểm quan trọng của viêm phế quản mạn tính. Khi bị kích thích mạn tính, các tuyến nhầy phì đại, và các tế bào hình đài trở nên nhiều hơn và được tìm thấy ở xa hơn bình thường, ngay cả trong các tiểu phế quản tận. Các hàm ý của những thay đổi này trong các tình trạng bệnh lý được thảo luận trong Chương 6.