Sinh lý học Hô hấp ứng dụng của Nunn & Lumb, ấn bản thứ 9. CHƯƠNG 11. CÁC CHỨC NĂNG KHÔNG THUỘC HÔ HẤP CỦA PHỔI

Sinh lý học Hô hấp ứng dụng của Nunn & Lumb, ấn bản thứ 9. Nunn and Lumb’s Applied Respiratory Physiology 9th Edition.
Chủ biên: Andrew Lumb, Caroline Thomas. Nhà xuất bản ELSEVIER. Biên dịch: Ts.Bs. Lê Nhật Huy, Ths.Bs. Lê Đình Sáng. ISBN-13: 978-0702079085. 
Ấn bản tiếng Việt của cuốn sách này được dịch & chia sẻ vì mục đích lan toả tri thức, hoàn toàn phi lợi nhuận, duy nhất trên các website sachyhoc.com & yhoclamsang.net của THƯ VIỆN MEDIPHARM. NGHIÊM CẤM THƯƠNG MẠI HOÁ bản dịch tiếng Việt của cuốn sách này dưới bất cứ hình thức nào.

CHƯƠNG 11. CÁC CHỨC NĂNG KHÔNG PHẢI HÔ HẤP CỦA PHỔI

Nonrespiratory functions of the lung
Andrew Lumb, MB BS FRCA; Caroline Thomas, BSc MBChB MRCS(Ed) FRCA

Nunn and Lumb’s Applied Respiratory Physiology, 11, 164-173.e2

Mục đích chính của phổi là trao đổi khí, và để đạt được điều này với hiệu suất cao, gần như toàn bộ thể tích máu phải đi qua phổi trong mỗi chu kỳ tuần hoàn. Đặc điểm này khiến phổi đặc biệt phù hợp để đảm nhận nhiều chức năng quan trọng khác. Vị trí của phổi trong hệ tuần hoàn rất lý tưởng để đảm nhận vai trò như một bộ lọc bảo vệ tuần hoàn hệ thống, không chỉ khỏi các hạt vật chất mà còn khỏi một loạt các chất hóa học trải qua quá trình loại bỏ hoặc biến đổi sinh học (biotransformation) trong tuần hoàn phổi. Cây động mạch phổi thích nghi rất tốt với việc tiếp nhận các vật tắc mạch (emboli) mà không gây ra tình trạng nhồi máu (infarction), và diện tích cực lớn của nội mạc mạch máu mang lại cho phổi một vai trò chuyển hóa vượt xa khối lượng tổng thể của nó. Bề mặt tiếp xúc rộng lớn này giữa bầu khí quyển bên ngoài và hệ tuần hoàn cũng tiềm ẩn những rủi ro riêng, và phổi phải bảo vệ hệ tuần hoàn khỏi nhiều chất hít vào có khả năng gây hại.

Lọc

Với vị trí nằm ngay trên đường đi của toàn bộ lượng máu từ tâm thất phải, phổi có vị trí lý tưởng để lọc các hạt vật chất từ máu tĩnh mạch hệ thống trở về tim. Nếu không có bộ lọc này, sẽ luôn tồn tại nguy cơ các hạt vật chất xâm nhập vào hệ động mạch, nơi tuần hoàn vành và tuần hoàn não đặc biệt dễ bị tổn thương bởi các vật tắc mạch gây hại. Phần lớn các vật tắc mạch là huyết khối (thrombus), nhưng các vật tắc mạch không do huyết khối (nonthrombotic emboli) cũng xảy ra và có thể là chất hữu cơ (ví dụ: không khí, khối u, mỡ, nước ối) hoặc vô cơ (ví dụ: đầu ống thông hoặc hạt phóng xạ trị liệu).

Các mao mạch phổi có đường kính trung bình khoảng 7 µm (micromét), nhưng đây dường như không phải là kích thước lỗ lọc hiệu quả của tuần hoàn phổi khi xét dưới góc độ một bộ lọc. Ví dụ, y văn ghi nhận rõ ràng rằng một lượng nhỏ vật tắc mạch dạng khí và mỡ có thể xâm nhập vào tuần hoàn hệ thống ở những bệnh nhân không có luồng thông trong tim (intracardiac shunting) rõ ràng. Các vật tắc mạch có thể đi vòng qua phế nang thông qua một số chỗ nối trước mao mạch (precapillary anastomoses) đã được biết là có tồn tại trong tuần hoàn phổi, có thể giữa tuần hoàn phế quản và tuần hoàn phổi, hoặc thông qua các chỗ nối động tĩnh mạch trong phổi (intrapulmonary arteriovenous anastomoses). Các chỗ nối này lớn hơn nhiều so với các mao mạch bình thường, với đường kính từ 25 đến 50 µm, nhưng may mắn là chúng đóng lại trong hầu hết thời gian, và phổ biến nhất là mở ra trong điều kiện thiếu oxy. Mặc dù vậy, ở một phần ba số người khỏe mạnh bình thường, siêu âm tim cho thấy sự di chuyển qua phổi của chất cản âm vi bọt (microbubble contrast), và hiện tượng này giảm đi khi đối tượng hít thở 100% oxy. Tình trạng xâm nhập với số lượng lớn hơn vào tuần hoàn hệ thống có thể xảy ra khi có luồng thông trong tim từ phải sang trái (right-to-left intracardiac shunt), hiện nay được biết là một tình trạng khá phổ biến. Các nghiên cứu tử thiết cho thấy hơn 25% dân số có lỗ bầu dục còn thông (probe-patent foramen ovale), thường ở dạng một khiếm khuyết giống như khe hở hoạt động như một cái van, và do đó bình thường nó được giữ đóng lại nhờ áp lực tâm nhĩ trái lớn hơn một chút so với tâm nhĩ phải. Ở 10% đối tượng bình thường, một nghiệm pháp Valsalva đơn giản hoặc phản xạ ho dễ dàng tạo ra dòng máu chảy rõ ràng giữa tâm nhĩ phải và trái. Do đó, thuyên tắc nghịch thường (paradoxical embolism) có thể là kết quả của sự gia tăng tương đối áp lực tâm nhĩ phải do các sự kiện sinh lý hoặc do thuyên tắc phổi (pulmonary embolism).

Về mặt khả năng sinh tồn của phổi, cấu trúc hình học của vi tuần hoàn phổi đặc biệt thích nghi tốt để duy trì việc tưới máu phế nang khi phải đối mặt với mức độ thuyên tắc khá lớn. Tuy nhiên, mức độ thuyên tắc đáng kể chắc chắn sẽ làm tắc nghẽn tuần hoàn đến các phần của phổi, làm xáo trộn sự cân bằng giữa thông khí và tưới máu.

Hình 11.1 Ảnh hiển vi điện tử quét của các tế bào biểu mô có lông chuyển nằm bên dưới lớp nhầy (Mu) lót ở các đường thở lớn. (Nguồn: Tiến sĩ P. K. Jeffery, Trường Khoa học, Công nghệ và Y học Đại học Imperial, London và nhà xuất bản của Brewis RAL, Corrin B, Geddes DM, et al., eds. Respiratory Medicine. London: WB Saunders; 1995:54-72. Với sự cho phép).

Thuyên tắc vi mạch phổi (pulmonary microembolism) với các đám nhỏ fibrin và/hoặc tiểu cầu sẽ không gây tác động trực tiếp đến quá trình trao đổi khí cho đến khi tình trạng này lan rộng. Tuy nhiên, sự tắc nghẽn các mao mạch phổi bởi các vi huyết khối (microemboli) sẽ khởi phát quá trình kích hoạt bạch cầu trung tính (neutrophil activation) tại khu vực đó, dẫn đến sự gia tăng tính thấm nội mạc và phù phế nang (alveolar oedema), và cơ chế này được cho là có liên quan đến căn nguyên của tổn thương phổi cấp tính (acute lung injury).

Các huyết khối được đào thải khỏi phổi nhanh hơn so với các cơ quan khác. Phổi sở hữu các hệ thống phân giải protein (proteolytic systems) phát triển cực tốt và không chỉ giới hạn ở việc loại bỏ fibrin. Nội mạc phổi được biết đến là rất giàu chất kích hoạt plasmin (plasmin activator), chất này chuyển đổi plasminogen thành plasmin, từ đó chuyển đổi fibrin thành các sản phẩm thoái giáng của fibrin (fibrin degradation products). Tuy nhiên, phổi cũng rất giàu thromboplastin, một chất làm nhiệm vụ chuyển đổi prothrombin thành thrombin. Tình hình càng phức tạp hơn khi phổi là một nguồn cung cấp heparin đặc biệt phong phú, và phổi bò được sử dụng phổ biến trong quá trình bào chế thương mại hoạt chất này. Do đó, phổi có thể tạo ra nồng độ cao các chất cần thiết để thúc đẩy hoặc trì hoãn quá trình đông máu, và tham gia cả vào quá trình tiêu sợi huyết (fibrinolysis). Ngoài khả năng tự làm sạch huyết khối của phổi, những chất này có thể đóng một vai trò nhất định trong việc kiểm soát khả năng đông máu tổng thể của máu.

Bảo Vệ Chống Lại Các Chất Hít Vào

Da, đường tiêu hóa và phổi tạo thành các bề mặt tiếp xúc chính giữa thế giới bên ngoài và các hệ thống bên trong cơ thể được kiểm soát cẩn thận. Quá trình trao đổi khí hiệu quả ở phổi đòi hỏi một bề mặt tiếp xúc vật lý rất mỏng giữa không khí và máu, điều này khiến phổi dễ bị xâm nhập bởi nhiều mối nguy hiểm lơ lửng trong không khí, bao gồm cả hóa học và sinh học. Những tác nhân này gần như bị ngăn chặn hoàn toàn không thể tiếp cận các đường thở xa nhờ vào lớp dịch lót đường thở (airway lining fluid) được tìm thấy trên toàn bộ cây khí phế quản.

Dịch Lót Đường Thở

Bên trong dịch lót đường thở có hai lớp riêng biệt: một lớp quanh lông chuyển (periciliary) hoặc lớp “sol” có độ nhớt thấp chứa nước và chất hòa tan, trong đó các lông chuyển được nhúng vào, và một lớp nhầy (mucous) hoặc lớp “gel” nằm ở phía trên.

Các Lớp Nhầy

Các đường thở lớn được lót hoàn toàn bằng một lớp nhầy, trong khi ở các đường thở nhỏ hơn, ở xa hơn, chất nhầy được tìm thấy ở dạng các “hòn đảo” (islands), và lớp nhầy vắng mặt hoàn toàn ở các tiểu phế quản nhỏ và những vùng xa hơn thế. Chất nhầy bao gồm 97% là nước, và khoảng một phần ba của 3% còn lại là các glycoprotein được gọi là mucin (mucins), chính chất này quyết định các đặc tính nhớt đàn hồi (viscoelastic) và các đặc tính vật lý khác của chất nhầy. Hệ gen của con người mã hóa 17 mucin, trong đó chỉ có bảy loại được tiết ra, trong khi phần còn lại là các mucin gắn màng (membrane-bound mucins). Mucin được giải phóng thông qua quá trình xuất bào nhanh (rapid exocytosis) (nhanh hơn 150 mili-giây) từ các tế bào đài (goblet cells) chuyên tiết chất nhầy để phản ứng lại một loạt các kích thích, bao gồm kích ứng hóa học trực tiếp, các cytokine viêm và kích thích thần kinh, chủ yếu bởi các dây thần kinh hệ cholinergic. Các mucin có một lõi bao gồm các tiểu đơn vị glycoprotein liên kết với nhau bằng các liên kết disulphide, và chiều dài của chúng có thể kéo dài tới 6 µm (micromét). Lõi này được glycosyl hóa 80%, với các chuỗi bên gắn vào thông qua các liên kết O-glycosidic. Hầu như tất cả đều kết thúc bằng axit sialic (sialic acid) và sở hữu các vị trí gắn kết với vi sinh vật. Chất nhầy đóng vai trò sống còn trong việc giữ lại và loại bỏ mầm bệnh, và cũng có một loạt các hoạt động kháng khuẩn.

Hình 11.2 Cơ chế hoạt động của một lông chuyển đơn lẻ trên biểu mô hô hấp. (A) Nhát đánh phục hồi (Recovery stroke) trong đó lông chuyển uốn cong về phía sau và sang hai bên bên trong lớp quanh lông chuyển có độ nhớt thấp. (B) Nhát đánh tạo lực (Power stroke) trong đó lông chuyển duỗi thẳng góc với tế bào biểu mô tiến vào lớp nhầy và đẩy nó về phía trước. Đường đứt nét màu đỏ thể hiện quỹ đạo của đầu lông chuyển.