Биохимические особенности альвеоцитов II типа

 Аэробный гликолиз

 Экспрессия эпителиального Na-канала ENaC

 Экспрессия 3Na+,2K+-АТФазы

 Экспрессия аквапоринов (AQP)

 Синтез сурфактанта

Рис. Транспорт ионов альвеоцитами II типа

Эпителиальный натриевый канал

Эпителиальный натриевый канал (ENaC, epithelial sodium channel) — Na+ -канал состоит из субъединиц α, β и γ. α-Субъединица синтезируются конститутивно. Синтез β- и γ-субъединиц регулируется транскрипционно альдостероном. ENaC обеспечивает пассивное проведение ионов Na+ в альвеоцит по градиенту концентрации. Канал открыт в почках и блокируется диуретиком амилоридом.

Рис. Эпителиальный Na+-канал ENaC альвеоцитов II типа

 

3Na+/2K+-АТФаза

3Na+/2K+-АТФаза осуществляет энергозависимое удаление Na+ через базолатеральную мембрану против градиента концентрации из цитоплазмы в интерстиций. 3Na+/2K+-АТФаза состоит из α и β- субъединиц. α-Субъединица конститутивна, а β-субъединица — регулируется на уровне транскрипции.

Скорость транспорта ионов через альвеоциты II типа определяется количеством ENaC и активностью 3Na+/2K+-АТФазы. Регуляция осуществляется на транскрипционном и посттранскрипционном уровнях. Основными регуляторами транспорта ионов являются: адреналин, кортизол, альдостерон, супероксид (O2•−) и предсердный (атриальный) натрийуретический пептид (ANP).

 

Рис. 3Na+,2K+-АТФаза альвеоцитов II типа

БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФУНКИОНИРОВАНИЯ АЛЬВЕОЛ

Адреналин через β-адренорецепторы, сопряженные с аденилатциклазой, повышает продукцию цАМФ. цАМФ индуцирует быструю интернализацию ENaC в апикальную мембрану и 3Na+/2K+-АТФазы в базолатеральную мембрану, тем самым быстро увеличивая реабсорбцию Na+.

Кортизол и альдостерон через рецепторы минералокортикоидов регулируютскорость транскрипции мРНК субъединиц ENaC и 3Na+/2K+-АТФазы.

Предсердный натрийуретический пептид (atrial natriuretic peptide — ANP, atrial natriuretic factor — ANF, atrial natriuretic hormone — ANH, atriopeptin) синтезируется и секретируется при растяжении кардиомиоцитов предсердий и желудочков. Натрийуретический пептид через рецептор сопряженный с гуанилатциклазой стимулирует производство цГМФ. В свою очередь, цГМФ ингибирует встраивание молекул ENaC и 3Na+/2K+-АТФазы в апикальную и базолатеральную мембраны, соответственно.

Рис. Регуляция секреции и реабсорбции ионов и воды альвеоцитами

Супероксид и гипоксия

Поскольку альвеоциты II типа содержат митохондрии, то при гипоксии, стимулирующей разобщение окисление и фосфорилирование, в клетках продуцируется супероксид (O2•–). Супероксид активирует ядерный фактор транскрипции NF-κB, который ингибирует транскрипцию мРНК α-субъединицы ENaC и β-субъединицы 3Na+/2K+- АТФазы. Таким образом, супероксид является функциональным антагонистом кортизола и альдостерона.

· Адреналин вызывает интернализацию ENaC и 3Na+/2K+-АТФазы

· Альдостерон и кортизол индуцируют синтез ENaC и3Na+/2K+-АТФазы

· Предсердный натрийуретический пептид ингибируетинтернализацию ENaC и 3Na+/2K+-АТФазы

· Супероксид ингибирует синтез ENaC и 3Na+/2K+-АТФазы через активацию фактора транскрипции NF-κB

Сурфактант

Сурфактант — это поверхностно активная мономолекулярная пленка, которая размещена на грани разделения фаз воздух—жидкость в альвеолах, альвеолярных каналах и респираторных бронхиолах 1—3-го порядка. Установлено, что субединицей сурфактанта является билипидн мембрана, в которую встроены липидные слои глико- и липопротеиновых комплексов.

Альвеоциты II типа синтезируют и секретируют поверхностно-активное вещество сурфактант. Молекулы сурфактанта содержат неполярную «головку» и полярные «хвосты». «Головки» молекулы сурфактанта направлены в сторону клеток, а «хвосты» — в просвет альвеолы. Сурфактант разрушает ассоциаты воды, снижает поверхностное натяжение и препятствует спаданию стенок альвеол. Синтез сурфактанта индуцируется кортизолом.

В состав сурфактанта входят протеины сурфактанта (SP) — SP-A, SP-B, SP-C и SP-D. Протеины SP-A и SP-D являются коллектинами, которые распознают поверхностные углеводы бактерий — остатки маннозы и N-ацетилглюкозамина. Бактерии «помеченные» протеинами SP-A и SP-D фагоцитируются альвеолярными макрофагами. Таким образом, протеины сурфактанта SP-A и SP-D обеспечивают неспецифическую антимикробную защиту. Протеины SP-B и SP-C стабилизируют фосфолипидную пленку.

Синтез сурфактанта, субъединиц ENaC и 3Na+/2K+-АТФазы начинаются с 28 недели беременности, поэтому преждевременные роды для новорожденного обусловливают развитием синдрома дыхательной недостаточности. Этот синдром

обусловлен повреждением клеток легких свободными радикалами, а также накоплением жидкости в альвеолах.

Рис. Функция сурфактанта –разрушение ассоциатов воды

Альвеолярные макрофаги

Альвеолярные макрофаги свободно перемещаются в полости альвеолам, но в основном концентрируются рядом с альвеоцитами II типа. Альвеолярные макрофаги экспрессируют индуцибельную NO-синтазу (iNOS). Синтез iNOS активируют IL-1, IL-10, клеточная стенка бактерий и их ДНК. iNOS продуцирует цитотоксичный оксид азота (NO), вызывающий гибель бактерий и опухолевых клеток.

Альвеолярный клиренс

Исходя из вышеописанных свойств клеток альвеол движение ионов и воды (альвеолярный клиренс) можно представить следующим образом: Альвеолы состоят из секретирующих ионы и воду (альвеоциты I типа) и реабсорбирующих ионы и воду (альвеоциты II типа) клеток. Секретируемая жидкость направляется от альвеоцитов I типа к альвеоцитам II типа, поэтому ингалируемые частицы пыли и бактерии попадая на этот поток жидкости перемещаются в направлении альвеоцитов II типа. Рядом с альвеоцитами II типа концентрируются альвеолярные макрофаги, которые фагоцитируются ингалируемые частицы и детрит. Избыток жидкости поступает в бронхиолы.

Дыхательные пути

Внутренняя поверхность дыхательных путей покрыта тонким слоем слизи. Слизь содержит растворенные в воде ионы Na+, Cl–, K+, Ca2+, муцины, сульфатированные протеогликаны, сурфактант, лизоцим, лактоферрин и секреторный IgA. Разные компоненты слизи синтезируются в разных отделах дыхательных путей и в респираторном отделе легких (вода, ионы, сурфактант), источником муцинов являются подслизистые железы.

Клиренс ингалируемых частиц

На клиренс ингалируемых частиц влияют:

● реология слизи;

● адгезивность слизи;

● биение ресничек реснитчатого эпителия.

Реология слизи

Реологические свойства (текучесть) слизи определяются соотношением между сульфатированными протеогликанами и концентрацией ионов Ca2+. Повышение содержания в слизи ионов Ca2+ снижает текучесть слизи. Синтез сульфатируемых протеогликанов регулируется ретиноевой кислотой, поэтому дефицит предшественника ретиноевой кислоты ретинола приводит к нарушению клиренса слизи, размножению бактерий и воспалению.

Адгезивность слизи

Адгезивность слизи прямо пропорциональна содержанию ионов Cl– и сурфактанта. Поверхностный эпителий тонко регулирует реологические и адгезивные свойство слизи благодаря избирательной реабсорбции ионов, секрецией сурфактанта и паракринной регуляции подслизистых желез.

Биение ресничек

Слизь постоянно перемешивается благодаря биению ресничек реснитчатого эпителия. Дыхательные пути следует рассматривать как реабсорбирующий участок (с максимумом реабсорбции в носоглотке), а респираторный отдел легких — как секретирующий. Поэтому направленный ток жидкости из нижних отделов в верхние обусловлен исключительно распределением секретирующих и реабсорбирующих элементов в нижних и верхних дыхательных путях.

ПОДСЛИЗИСТЫЕ ЖЕЛЕЗЫ

Подслизистые железы обнаруживаются в дыхательных путях содержащих хрящ. Они содержат клетки 4 типов: серозные клетки, мукоциты, поверхностные эпителиоциты и камбиальные клетки.

Рис. Секреция ионов и воды серозными клетками подслизистых желез

Серозные клетки

Фундальная часть железы представлена серозными клетками секретирующими ионы Cl– и Na+, воду, лизоцим, лактоферрин и секреторный IgA. Секреция начинается с открытия Cl–-канала дефектного при муковисцидозе (CFTR). Поступающий в просвет железы ионы Cl– обеспечивают трансэпителиальную разность потенциалов для парацеллюлярного транспорта ионов Na+. Вода поступает в просвет железы трансцеллюлярно.

Функция CFTR не ограничивается транспортом ионов. CFTR регулирует синтез и секрецию серозными клетками сульфатированных протеогликанов. Степень сульфатирования также определяется ретиноевой кислотой. Серозные клетки секретируют фермент лизоцим, расщепляющий клеточную стенку бактерий, и гликопротеин лактоферрин, связывающий ионы железа. Ионы железа появляются в слизи при разрушении эпителиоцитов и бактерий, а поскольку свободное железо токсично для клеток, то лактоферрин необходим для его нейтрализации.

Мукоциты синтезируют муцины, конденсированные с ионами Ca2+. Секреция муцинов регулируется CFTR. Таким образом, Cl–-канал CFTR сочетает в себе свойства анионного канала и внутриклеточного регулятора. CFTR активируется в ответ на внутриклеточный синтез цАМФ и повышение концентрации ионов Ca2+ в клетке.

Поверхностные эпителиоциты

Фенотипически сходны с альвеоцитами II типа. Поверхностные эпителиоциты экспрессируют ENaC, 3Na+/2K+-АТФазу и ферменты синтеза сурфактанта.

Поверхностный эпителий регулирует ионный состав слизи, паракринно регулирует секрецию подслизистыми железами и выполняет иммуномодулирующую функцию.

Камбиальные клетки (или камбий) – это малодифференцированные клетки, способные к пролиферации и служащие источником обновления ткани.