การกำจัดสิ่งคัดหลั่งด้วยระบบมิวโคซิเลียรีและสรีรวิทยาของจมูก

การกำจัดสิ่งคัดหลั่งด้วยระบบมิวโคซิเลียรีเป็นกลไกคล้ายสายพานลำเลียงที่ช่วยให้ทางเดินหายใจสะอาดอยู่เสมอ เมือกบางๆ จะดักจับอนุภาคที่สูดดมเข้าไป จุลินทรีย์ และเศษสิ่งสกปรกต่างๆ และการโบกพัดของขนเซลล์ (cilia) ที่ประสานกันบนเซลล์เยื่อบุผิวที่อยู่ด้านล่างจะขับเคลื่อนเมือกพร้อมกับสิ่งที่ดักจับไว้ไปยังลำคอเพื่อกลืนหรือขับออก ในจมูกและโพรงไซนัส นี่เป็นวิธีหลักที่เยื่อบุจะทำความสะอาดตัวเองและรักษาสุขภาพให้แข็งแรง บทความนี้จะอธิบายว่ากลไกนี้ทำงานอย่างไรและมีความสำคัญอย่างไร

Definition

การกำจัดสิ่งคัดหลั่งด้วยระบบมิวโคซิเลียรี (mucociliary clearance) เป็นกระบวนการทางสรีรวิทยาที่ชั้นเมือกดักจับสารที่สูดดมเข้าไป และการโบกพัดของขนเซลล์ที่ประสานกันจะขนส่งสารเหล่านั้นไปตามพื้นผิวทางเดินหายใจไปยังคอหอย เพื่อทำความสะอาดโพรงจมูกและโพรงไซนัส

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างของพื้นผิวทางเดินหายใจ, ระบบเมือกสองชั้น, เยื่อบุผิวที่มีขนเซลล์และการโบกพัดของขนเซลล์, การขนส่งเมือกแบบมีทิศทางไปยังรูเปิดตามธรรมชาติของไซนัสและโพรงหลังจมูก, และผลที่ตามมาของการกำจัดสิ่งคัดหลั่งที่บกพร่อง นี่คือบทความอ้างอิงทางสรีรวิทยา ซึ่งไม่ได้ให้เกณฑ์การวินิจฉัยหรือคำแนะนำในการรักษา

Core questions

• ส่วนประกอบของกลไกมิวโคซิเลียรีมีอะไรบ้าง?
• ขนเซลล์โบกพัดอย่างประสานกันและมีทิศทางเพื่อเคลื่อนย้ายเมือกได้อย่างไร?
• เหตุใดชั้นเมือกจึงจัดเรียงเป็นชั้นเจลและชั้นน้ำ (periciliary)?
• จะเกิดอะไรขึ้นกับการป้องกันทางเดินหายใจเมื่อโครงสร้างขนเซลล์หรือองค์ประกอบของเมือกผิดปกติ?

Key concepts

• ของเหลวบนพื้นผิวทางเดินหายใจ
• ชั้นเพอริซิเลียรี (sol) และชั้นเมือก (gel) ที่อยู่ด้านบน
• เยื่อบุผิวทรงกระบอกมีขนเซลล์
• ความถี่การโบกพัดของขนเซลล์และการประสานงานแบบเมตาโครนัล
• การขนส่งเมือกแบบมีทิศทางไปยังรูเปิดตามธรรมชาติ
• มิวซินและเซลล์กอบเล็ต
• ภาวะขนเซลล์เคลื่อนไหวผิดปกติแต่กำเนิด
• ซิสติกไฟโบรซิสและการขาดน้ำบนพื้นผิวทางเดินหายใจ

Mechanisms

เยื่อบุทางเดินหายใจถูกปกคลุมด้วยของเหลวบนพื้นผิวทางเดินหายใจ (airway surface liquid) ซึ่งจัดเรียงเป็นสองชั้นที่ทำงานได้: ชั้นเพอริซิเลียรี (periciliary layer) ที่มีความหนืดต่ำ ซึ่งขนเซลล์สามารถโบกพัดได้อย่างอิสระ และชั้นเจลเมือกที่อยู่ด้านบนซึ่งดักจับอนุภาคและเชื้อโรค เซลล์ที่มีขนเซลล์แต่ละเซลล์มีขนเซลล์ที่เคลื่อนไหวได้จำนวนมาก ซึ่งโบกพัดเป็นจังหวะที่ประสานกันคล้ายคลื่น (metachronal) โดยมีจังหวะการโบกไปข้างหน้าอย่างรวดเร็วและจังหวะการดึงกลับที่ช้ากว่า เพื่อให้ชั้นเมือกและสิ่งที่ดักจับไว้ถูกขับเคลื่อนไปในทิศทางที่สอดคล้องกัน ไปยังรูเปิดตามธรรมชาติของไซนัสและจากนั้นไปยังโพรงหลังจมูก การกำจัดสิ่งคัดหลั่งที่มีประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับโครงสร้างขนเซลล์ที่สมบูรณ์และเมือกที่มีความชุ่มชื้นและองค์ประกอบที่เหมาะสม เมื่อโครงสร้างขนเซลล์มีข้อบกพร่อง เช่น ในภาวะขนเซลล์เคลื่อนไหวผิดปกติแต่กำเนิด (primary ciliary dyskinesia) หรือเมื่อพื้นผิวทางเดินหายใจขาดน้ำและเมือกผิดปกติ เช่น ในภาวะซิสติกไฟโบรซิส (cystic fibrosis) การกำจัดสิ่งคัดหลั่งจะล้มเหลว และทางเดินหายใจจะเสี่ยงต่อการคั่งค้างของสารคัดหลั่งและการติดเชื้อ

Clinical relevance

การกำจัดสิ่งคัดหลั่งด้วยระบบมิวโคซิเลียรีเป็นกรอบแนวคิดในการทำความเข้าใจว่าเหตุใดการระบายน้ำในโพรงจมูกและไซนัสที่แคบ อุดตัน หรือทำงานผิดปกติจึงนำไปสู่การคั่งค้างของสารคัดหลั่ง และเชื่อมโยงความผิดปกติทางพันธุกรรมของขนเซลล์และเมือกเข้ากับโรคทางเดินหายใจเรื้อรัง บทความนี้อธิบายกลไกปกติและการหยุดชะงักของกลไกดังกล่าวเพื่อวัตถุประสงค์ทางการศึกษา โดยไม่ได้ให้เกณฑ์การวินิจฉัยหรือแนวทางการรักษา

Evidence & guidelines

สรีรวิทยาและความผิดปกติของมันสรุปไว้ในบทความทบทวนวรรณกรรมเกี่ยวกับการทำงานของขนเซลล์และชีววิทยาของพื้นผิวทางเดินหายใจ และการวินิจฉัยภาวะขนเซลล์เคลื่อนไหวผิดปกติแต่กำเนิดได้กล่าวถึงในแนวทางของ European Respiratory Society เอกสารฉันทามติทางวิทยาจมูกวิทยา เช่น EPOS 2020 ได้จัดให้การกำจัดสิ่งคัดหลั่งด้วยระบบมิวโคซิเลียรีอยู่ในบริบทของสรีรวิทยาของโพรงจมูกและไซนัส

History

บทบาทของขนเซลล์ในการทำความสะอาดทางเดินหายใจได้รับการยอมรับผ่านสรีรวิทยาทางเดินหายใจในศตวรรษที่ 20 และการค้นพบว่าขนเซลล์ที่ไม่เคลื่อนไหวหรือเคลื่อนไหวผิดปกติเป็นสาเหตุของโรคทางพันธุกรรม (ซึ่งต่อมาเรียกว่า primary ciliary dyskinesia) ได้เชื่อมโยงโครงสร้างละเอียดของขนเซลล์เข้ากับการกำจัดสิ่งคัดหลั่งในทางเดินหายใจโดยตรง งานวิจัยเกี่ยวกับ cystic fibrosis ได้แสดงให้เห็นในภายหลังว่าปริมาตรและองค์ประกอบของของเหลวบนพื้นผิวทางเดินหายใจควบคุมว่าเมือกจะถูกกำจัดออกไปได้หรือไม่

Key figures

• Michael Knowles
• Heymut Omran

Seminal works

• zariwala-2007
• lucas-2016-ers
• stoltz-2015

Frequently asked questions

เหตุใดเมือกจึงจัดเรียงเป็นสองชั้น?

ชั้นเพอริซิเลียรีที่เป็นน้ำช่วยให้ขนเซลล์โบกพัดได้อย่างอิสระ ในขณะที่ชั้นเจลที่หนากว่าจะอยู่ด้านบนเพื่อดักจับอนุภาคและจุลินทรีย์ ขนเซลล์จะผลักชั้นเจลไปข้างหน้าโดยไม่ติดขัด

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อการกำจัดสิ่งคัดหลั่งด้วยระบบมิวโคซิเลียรีล้มเหลว?

เมือกและสิ่งที่ดักจับไว้จะคั่งค้างแทนที่จะถูกกำจัดออกไป ซึ่งทำให้ทางเดินหายใจมีแนวโน้มที่จะติดเชื้อซ้ำๆ หรือเรื้อรัง ตัวอย่างที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้แก่ ภาวะขนเซลล์เคลื่อนไหวผิดปกติแต่กำเนิด และซิสติกไฟโบรซิส