К ним относятся носовая полость, носоглотка, гортань, трахея и бронхи. В воздухоносных путях по мере продвижения воздуха происходят очищение, увлажнение, приближение температуры вдыхаемого воздуха к температуре тела, рецепция газовых, температурных и механических раздражителей, а также регуляция объема вдыхаемого воздуха. В типичных случаях (трахея,
бронхи) стенки воздухоносных путей состоят из четырех оболочек: слизистой, подслизистой, фиброзно-хрящевой и адвентициальной. Все воздухоносные пути выстланы слизистыми оболочками. Последние состоят из эпителия, собственной пластинки и в ряде случаев из гладкомышечных элементов (мышечной пластинки). Эпителий слизистой оболочки воздухоносных путей имеет различное строение в разных отделах: в верхних он многослойный
ороговевающий, переходящий в неороговевающий, в более дистальных отделах он становится многорядным и, наконец, однослойным реснитчатым. В эпителии воздухоносных путей, кроме реснитчатых клеток, определяющих название всего эпителиального пласта, содержатся бокаловидные железистые клетки, антигенпредставляющие (клетки Лангерганса — отрост-
чатые макрофаги), нейроэндокринные, щеточные (каемчатые), секреторные клетки Клара и базальные эпителиоциты (рис. 296).
Реснитчатые клетки снабжены мерцательными ресничками (до 250 на каждой клетке) длиною 3—5 мкм, которые своими движениями, более сильными в сторону носовой полости, способствуют выведению слизи и осевших пылевых частиц. Эти клетки имеют разнообразные рецепторы (адренорецеп- торы, холинорецепторы, рецепторы глюкокортикоидов, гистамина, адено-
зина и др.). Эпителиальные клетки синтезируют и секретируют бронхо- и вазоконстрикторы (при определенной стимуляции). По мере уменьшения просвета воздухоносных путей высота реснитчатых клеток снижается. Между реснитчатыми клетками находятся бокаловидные желези-стые клетки, выделяющие слизистый секрет. Он примешивается к секрету желез подслизистой оболочки и увлажняет поверхность эпителиального пласта. Слизь содержит иммуноглобулины, выделяемые плазматическими клетками из подлежащей под эпителием собственной пластинки соединительной ткани.
Антигенпредставляющие клетки (дендритные, клетки Лангерганса) чаще встречаются в верхних воздухоносных путях и трахее, где они захватывают антигены, вызывающие аллергические реакции. Эти клетки имеют рецеп-торы Fc-фрагмента IgG, СЗ-к-омплемента. Они вырабатывают цитокины, фактор некроза опухоли, стимулируют Т-лимфоциты и морфологически сходны с клетками Лангерганса эпидермиса: имеют многочисленные отростки, проникающие между другими эпителиальными клетками, содержат пластинчатые гранулы в цитоплазме.
Нейроэндокринные клетки, относящиеся к диффузной эндокринной системе, располагаются поодиночке, содержат в цитоплазме мелкие фанулы с плотным центром. Эти немногочисленные клетки (около 0,1 %) способны синтезировать кальцитонин, норадреналин, серотонин, бомбезин и другие вещества, принимающие участие в местных регуляторных реакциях
(см.гл.XVI).
Щеточные (каемчатые) клетки, снабженные на апикальной поверхности микроворсинками, располагаются в дистальном отделе воздухоносных путей. Полагают, что они реагируют на изменения химического состава воздуха, циркулирующего в воздухоносных путях, и являются хеморецепторами.
Секреторные клетки (бронхиолярные экзокриноциты), или клетки Клара, встречаются в бронхиолах. Они характеризуются куполообразной верхушкой, окруженной короткими микроворсинками, содержат округлое ядро, хорошо развитую эндоплазматическую сеть агранулярного типа, аппарат Гольджи, немногочисленные электронно-плотные секреторные гра-
нулы. Эти клетки вырабатывают липо- и гликопротеины, ферменты, принимающие участие в инактивации поступающих с воздухом токсинов. Некоторые авторы отмечают, что в бронхиолах встречается еще один тип клеток — безреснитчатые, в апикальных частях которых содержатся
скопления гранул гликогена, митохондрии и секретоподобные гранулы. Функция их неясна.
Базальные, или камбиальные, клетки — это малодифференцированные клетки, сохранившие способность к митотическому делению. Они располагаются в базальном слое эпителиального пласта и являются источником для процессов физиологической и репаративной регенерации.
Собственна я пластинк а слизистой оболочки (lamina propria) воздухоносных путей содержит многочисленные эластические волокна, ориентированные главным образом продольно, кровеносные и лимфатические сосуды и нервы.
Мышечна я пластинк а слизистой оболочки хорошо развита в средних и нижних отделах воздухоносных путей.
Трахея — полый трубчатый орган, состоящий из слизистой оболочки, подслизистой основы, волокнисто-хрящевой и адвентициальной оболочек (рис.
299, 300).
Слизиста я оболочк а (tunica mucosa) при помощи тонкой подслизистой основы связана с фиброзно-хрящевой оболочкой трахеи и благода ря этому не образует складок. Она выстлана многорядным призматическим реснитчатым эпителием, в котором различают реснитчатые, бокаловидные, эндокринные и базальные клетки.
Реснитчатые клетки призматической формы, имеют на свободной поверхности около 250 ресничек. Реснички мерцают в направлении, противоположном вдыхаемому воздуху, наиболее интенсивно при оптимальной тем- пературе (18—33 °С) и в слабощелочной среде. Мерцание ресничек (до 250
в минуту) обеспечивает выведение слизи с осевшими на ней пылевыми частицами вдыхаемого воздуха и микробами. Бокаловидные клетки — одноклеточные эндоэпителиальные железы —
выделяют слизистый секрет, богатый гиалуроновой и сиаловой кислотами, на поверхность эпителиального пласта. Их секрет вместе с слизистым секретом желез подслизистой основы увлажняет эпителий и создает условия для прилипания попадающих с воздухом пылевых частиц. Слизь содержит также иммуноглобулины, выделяемые плазматическими клетками, находя-
щимися в составе слизистой оболочки, которые обезвреживают многие микроорганизмы, попадаемые с воздухом. Нейроэндокринные клетки имеют пирамидальную форму, округлое ядро и секреторные гранулы. Эти клетки выделяют пептидные гормоны и биогенные амины и регулируют сокращение мышечных клеток воздухоносных путей. Базальные клетки — камбиаль-
ные, имеют овальную или треугольную форму. По мере их специализации в цитоплазме появляются тонофибриллы и гликоген, увеличивается количество органелл.
Под базальной мембраной эпителия располагается собственна я пластинк а слизисто й оболочк и (lamina propria), состоящая из рыхлой волокнистой неоформленной соединительной ткани, богатая эластичес-кими волокнами. В отличие от гортани эластические волокна в трахее при-
нимают продольное направление. В собственной пластинке слизистой обо-лочки встречаются лимфатические узелки и отдельные циркулярно расположенные пучки гладких мышечных клеток.
Подслизиста я основ а (tela submucosa) трахеи состоит из рыхлой волокнистой соединительной ткани, без резкой границы переходящей в плотную волокнистую соединительную ткань надхрящницы незамкнутых хрящевых колец. В подслизистой основе располагаются смешанные белковослизистые железы, выводные протоки которых, образуя на своем пути кол-
бообразные расширения, открываются на поверхности слизистой оболочки. Этих желез особенно много в задней и боковой стенках трахеи. Волокнисто-хрящева я оболочк а (tunica fibrocartilaginea) трахеи состоит из 16—20 гиалиновых хрящевых колец, не замкнутых на задней
стенке трахеи. Свободные концы этих хрящей соединены пучками гладких мышечных клеток, прикрепляющихся к наружной поверхности хряща. Благодаря такому строению задняя поверхность трахеи оказывается мягкой, податливой, что имеет большое значение при глотании. Пищевые комки, проходящие по пищеводу, расположенному непосредственно позади тра-
хеи, не встречают препятствия со стороны стенки трахеи. Адвентициальна я оболочк а (tunica adventitia) трахеи состоит из рыхлой волокнистой неоформленной соединительной ткани, которая соеди-няет этот орган с прилежащими частями средостения.
Легкие
Легкие занимают большую часть грудной клетки и постоянно изменяют свою форму в зависимости от фазы дыхания. Поверхность легкого покрыта серозной оболочкой — висцеральной плеврой. Строение. Легкое состоит из системы воздухоносных путей — бронхов
(бронхиальное дерево) и системы легочных пузырьков, или альвеол, выполняющих роль собственно респираторных отделов дыхательной системы.
Бронхиальное дерево
Бронхиальное дерево (arbor bronchialis) включает главные бронхи (правый и левый), которые подразделяются на внелегочные долевые бронхи (крупные бронхи 1-го порядка), разветвляющиеся затем на крупные зональные внелегочные (по 4 в каждом легком) бронхи (бронхи 2-го порядка). Внутрилегочные бронхи сегментарные (по 10 в каждом легком) подразделяются на бронхи 3—5-го порядка (субсегментарные), которые по своему диаметру
относятся к средним бронхам (2—5 мм диаметром). Средние бронхи, разветвляясь, переходят в мелкие (диаметром 1—2 мм) бронхи и затем в терминальные бронхиолы (bronchioli terminales). За ними начинаются респираторные отделы легкого, выполняющие газообменную функцию.
Всего в легком у взрослого человека насчитывается до 23 генераций ветвлений бронхов и альвеолярных ходов. Конечные бронхиолы соответствуют 16-й генерации (рис. 301).
Строение бронхов, хотя и неодинаково на протяжении бронхиального дерева, имеет общие черты. Внутрення я оболочк а бронхо в —слизиста я — выстлана, подобно трахее, многорядны м реснитча ты м эпителием, толщина которого постепенно уменьшается з а счет изменения формы клеток от высоких призматических до низких кубических. Среди эпителиальных клеток, помимо реснитчатых, бокаловидных, эндокринных и базальных, описанных выше, в дистальных отделах бронхиального дерева встречаются секреторные клетки Клара, а также каемчатые (ще-
точные) (рис. 302).
Собственна я пластинк а слизисто й оболочк и бронхов богата продольно направленными эластическими волокнами, которые обеспечивают растяжение бронхов при вдохе и возвращение их в исходное положение при выдохе. Слизистая оболочка бронхов имеет продольные склад-
ки, обусловленные сокращением косоциркулярных пучков гладких мышечных клеток (мышечна я пластинк а слизисто й оболочки), отделяющих слизистую оболочку от подслизистой соединительнотканной основы. Чем меньше диаметр бронха, тем относительно сильнее развита
мышечная пластинка слизистой оболочки. На всем протяжении воздухоносных путей в слизистой оболочке встре- чаются лимфоидные узелки и скопления лимфоцитов. У животных — это
бронхоассоцичрованная лимфоидная ткань (BAJIT-система), принимающая участие в образовании иммуноглобулинов.
В подслизисто й соединительнотканно й основ е залегают концевые отделы смешанных слнзисто-белковых желез. Железы располагаются группами, особенно в местах, которые лишены хряща, а выводные протоки проникают в слизистую оболочку и открываются на поверхности эпи- телия. Их секрет увлажняет слизистую оболочку и способствует прилипанию, обволакиванию пылевых и других частиц, которые впоследствии вы-деляются наружу. Белковый компонент слизи обладает бактериостатическими и бактерицидными свойствами. В бронхах малого калибра (диаметром 1—
2 мм) железы отсутствуют. Фиброзно-хрящева я оболочк а п о мере уменьшения калибра
бронха характеризуется постепенной сменой замкнутых хрящевых колец (в главных бронхах) на хрящевые пластинки (долевые, зональные, сегментарные, субсегментарные бронхи) и островки хрящевой ткани (в бронхах сред-него калибра). В бронхах среднего калибра вместо гиалиновой хрящевой ткани появляется эластическая хрящевая ткань. В бронхах малого калибра фиб-
розно-хрящевая оболочка отсутствует. Наружная адвентициальна я оболочк а построена из волокнистой соединительной ткани, переходящей в междолевую и междольковую со-
единительную ткань паренхимы легкого. Среди соединительнотканных клеток обнаруживаются тучные клетки, принимающие участие в регуляции местного гомеостаза и свертываемости крови.
Таким образом, бронхи крупного калибра диаметром соответственно от 5 до 15 мм характеризуются на фиксированных препаратах складчатой слизистой оболочкой, благодаря сокращению гладкой мышечной ткани, многорядным реснитчатым эпителием, наличием желез, крупных хрящевых пластин в фиброзно-хрящевой оболочке.
Бронхи среднего калибра отличаются меньшей высотой клеток эпителиального пласта и снижением толщины слизистой оболочки, наличием желез, уменьшением размеров хрящевых островков. В бронхах малого калибра эпителий реснитчатый двухрядный, а затем однорядный, хряща и желез нет, мышечная пластинка слизистой оболочки становится более мощной по отношению к толщине всей стенки. Продолжительное сокращение мышечных пучков при патологических состояниях, например при бронхиальной астме, резко уменьшает просвет мелких бронхов и затрудняет дыхание.
Следовательно, мелкие бронхи выполняют функцию не только про-ведения, но и регуляции поступления воздуха в респираторные отделы легких.
Конечные (терминальные) бронхиолы диаметром около 0,5 мм. Слизистая оболочка их выстлана однослойным кубическим реснитчатым эпителием, в котором встречаются щеточные, секреторные (клетки Клара) и реснитчатые клетки (рис. 303). В собственной пластинке слизистой оболочки этих бронхиол расположены продольно идущие эластические волокна, между
которыми залегают отдельные пучки гладких мышечных клеток. Вследствие этого бронхиолы легко растяжимы при вдохе и возвращаются в исходное положение при выдохе.
Ацинус
Структурно-функциональной единицей респираторного отдела легкого является ацинус (acinus pulmonaris). Он представляет собой систему альвеол, расположенных в стенках респираторных бронхиол, альвеолярных ходов и мешочков, которые осуществляют газообмен между кровью и воздухом аль-веол. Общее количество ацинусов в легких человека достигает 150 ООО. Ацинус начинается респираторной бронхиолой (bronchiolus respiratorius) 1-го по- рядка, которая дихотомически делится на респираторные бронхиолы 2-го, а затем 3-го порядка. В просвет бронхиол открываются альвеолы (рис.304). Каждая респираторная бронхиола 3-го порядка в свою очередь подразделяется на альвеолярные ходы (ductuli alveolares), а каждый альвеолярный ход
заканчивается несколькими альвеолярными мешочками (sacculi alveolares). В устье альвеол альвеолярных ходов имеются небольшие пучки гладких мышечных клеток, которые на срезах видны как утолщения. Ацинусы отделены друг от друга тонкими соединительнотканными прослойками; 12—18 ацинусов образуют легочную дольку.
Респираторные бронхиолы выстланы однослойным кубическим эпителием. Реснитчатые клетки встречаются редко, клетки Клара — чаще (рис. 305).
Мышечная пластинка истончается и распадается на отдельные, циркулярно направленные пучки гладких мышечных клеток. Соединительнотканные волокна наружной адвентициальной оболочки переходят в интерстициальную соединительную ткань.
На стенках альвеолярных ходов и альвеолярных мешочков располагается несколько десятков альвеол. Общее количество их у взрослых людей достигает в среднем 300—400 млн. Поверхность всех альвеол при максимальном вдохе у взрослого человека может достигать 100—140 м2
, а при выдохе она уменьшается в 2—2'/2 раза.
Альвеолы разделены тонкими соединительнотканными перегородками (2—8 мкм), в которых проходят кровеносные капилляры, занимающие около 75 % площади перегородки. Между альвеолами существуют сообщения в виде отверстий диаметром около 10—15 мкм — альвеолярных пор (рис. 306, 307). Альвеолы имеют вид открытого пузырька диаметром около 120—140 мкм. Внутренняя поверхность их выстлана двумя основными видами клеток:
респираторными альвеолоцитами (клетки 1-го типа) и секреторными альвео- лоцитами (клетки 2-го типа). Кроме того, у животных в альвеолах описаны клетки 3-го типа — щеточные.
Респираторные альвеолоциты, или альвеолоциты 1-го типа (olveolocyti respiratorii), занимают около 95 % поверхности альвеол. Они имеют неправильную уплощенную вытянутую форму. Толщина клеток в тех местах, где располагаются их ядра, достигает 5—6 мкм, тогда как в остальных участках она колеблется в пределах 0,2 мкм. На свободной поверхности цитоплазмы
этих клеток имеются очень короткие цитоплазматические выросты, обращенные в полость альвеол, что увеличивает общую площадь соприкосновения воздуха с поверхностью эпителия. В цитоплазме их обнаруживаются мелкие митохондрии и пиноцитозные пузырьки. К безъядерным участкам альвеолоцитов 1-го типа прилежат также безъядерные участки эндотелиальных клеток капилляров. В этих участках базальная мембрана эндотелия кровеносного капилляра может вплотную приближаться к базальной мембране эпителия. Благодаря такому взаимоотношению клеток альвеол и капилляров барьер между кровью и воздухом (аэрогематический барьер) оказывается чрезвычайно тонким — в среднем 0,5 мкм (см. рис.307,А). Местами толщина его увеличивается за счет тонких прослоек рыхлой волокнистой соединительной ткани.
Альвеолоциты 2-го типа, называемые часто секреторными из-за участия в образовании сурфактантного альвеолярного комплекса (САК), или большими эпителиоцитами (epitheliocyti magni), крупнее, чем клетки 1-го типа, имеют кубическую форму. В цитоплазме этих альвеолоцитов, кроме орга- нелл, характерных для секретирующих клеток (развитая эндоплазматическая сеть, рибосомы, аппарат Гольджи, мультивезикулярные тельца), имеются осмиофильные пластинчатые тельца — цитофосфолипосомы, которые служат маркерами альвеолоцитов 2-го типа. Свободная поверхность этих клеток имеет микроворсинки.
Альвеолоциты 2-го типа активно синтезируют белки, фосфолипиды, углеводы, образующие поверхностно активные вещества (ПАВ), входящие в состав САК. Последний включает в себя три компонента: мембранный компонент, гипофазу (жидкий компонент) и резервный сурфактант — миелиноподобные структуры (рис. 308). В обычных физиологических условиях секреция ПАВ происходит по мерокриновому типу. ПАВ играет важную роль в предотвращении спадения альвеол при выдохе, а также в предохранении их от проникновения через стенку альвеол микроорганизмов из вдыхаемо-
го воздуха и транссудации жидкости из капилляров межальвеолярных перегородок в альвеолы.
Кроме описанных видов клеток, в стенке альвеол и на их поверхности обнаруживаются макрофаги. Они отличаются многочисленными складками цитолеммы, содержащими фагоцитируемые пылевые частицы, фрагменты клеток, микробы, частицы сурфактанта.
Снаружи к базальной мембране альвеолоцитов прилежат кровеносные капилляры, проходящие по межальвеолярным перегородкам, а также сеть эластических волокон, оплетающих альвеолы. Кроме эластических волокон, вокруг альвеол располагается поддерживающая их сеть тонких коллагеновых волокон, фибробласты, тучные клетки. Альвеолы тесно прилежат друг к
другу, а капилляры, оплетающие их, одной своей поверхностью граничат с одной альвеолой, а другой — с соседней. Это обеспечивает оптимальные условия для газообмена между кровью, протекающей по капиллярам, и воздухом, заполняющим полости альвеол.
Васкуляризация. Кровоснабжени е в легком осуществляется по двум системам сосудов (рис. 309). Легкие получают венозную кровь из легочных артерий, т.е. из малого круга кровообращения. Ветви легочной артерии, со-провождая бронхиальное дерево, доходят до основания альвеол, где они об-разуют узкопетлистую капиллярную сеть альвеол. В альвеолярных капиллярах, диаметр которых колеблется в пределах 5—7 мкм, эритроциты распо- лагаются в один ряд, что создает оптимальное условие для осуществления газообмена между гемоглобином эритроцитов и альвеолярным воздухом. Альвеолярные капилляры собираются в посткапиллярные венулы, форми-рующие систему легочной вены, по которой обогащенная кислородом кровь
возвращается в сердце. Бронхиальные артерии, составляющие вторую, истинно артериальную
систему, отходят непосредственно от аорты, питают бронхи и легочную паренхиму артериальной кровью. Проникая в стенку бронхов, они разветвляются и образуют артериальные сплетения в их подслизистой основе и слизистой оболочке. Посткапиллярные венулы, отходящие главным образом от бронхов, объединяются в мелкие вены, которые дают начало передним и задним бронхиальным венам. На уровне мелких бронхов располагаются артериоловенулярные анастомозы между бронхиальными и легочными артериальными системами.
