Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
רעיון מרכזי פורסם: 27 באוגוסט, 2020

ליחה נעה חשובה לבריאות הריאות

תַקצִיר

כשאנו נושמים, הריאות מחליפות את החמצן מהאוויר עם פסולת פחמן דו-חמצני מהדם. התחלופה הזו חיונית לחיים. כל נשימה חושפת את הריאות לסביבה החיצונית, שמכילה זיהום וחיידקים, מה שמאיים על הבריאות שלנו. קו ההגנה הראשון נקרא “מעלית ליחה”: ליחה כולאת את החומרים שיכולים להיות מסוכנים, וריסים מיקרוסקופיים, ריסוֹנים, דוחפים את החומר למעלה והחוצה מדרכי הנשימה שלנו. כש“מעלית הליחה” לא פועלת כשורה, אנו עלולים לפתח מחלת ריאות. לדוגמה, לאנשים עם מחלות גנטיות כמו סיסטיק פיברוזיס (CF) ותסמונת PCD, או מחלות שקשורות בעישון כמו מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD), יש ליחה סמיכה מאוד. הליחה הזו מצטברת, מאפשרת לחיידקים, לפטריות ולווירוסים לשגשג, וגורמת נזק לריאות וחמצון מופחת. מחלות ריאות גורמות לנשימה להיות קשה מאוד, ומטופלים יכולים לחלות במחלות נשימה שמאיימות על חייהם, כש“מעלית הליחה” לא יכולה לשמור על בריאוּת הריאות.

כיצד הריאות פועלות?

התפקוד הראשי של הריאות הוא נשימה. חילוף גזים הוא שם לתהליך שבו חמצן נכנס למחזור הדם (דרך שאיפה) ופסולת פחמן דו-חמצני עוזבת את הגוף (דרך נשיפה). המבנה של הריאות התפתח במטרה לבצע את המטלה הזו ביעילות רבה. המבנה הבסיסי של הריאות הוא סדרה של צינורות חלולים, שנקראים נתיבי אוויר. נתיבי אוויר מסתעפים ונעשים קטנים יותר, ונגמרים בשקי אוויר זעירים שנקראים נֹאדִיּוֹת. הנאדיות מכוסות בצינוריות דם קטנות שנקראות נימים, שתפקידם לבצע את חילוף הגזים בדם [1]. אפשר להשוות את הריאות לעץ שיש לו גזע מרכזי גדול וענפים שנעשים קטנים יותר ויותר ככל שמתרחקים מהגזע. הנאדיות הן כמו עלים.

ישנם שני אזורים בריאה: האזור המוליך, ו-אזור הנשימה (איור 1). אוויר מוסע בריאות דרך האזור המוליך ומובא אל החלק באזור הנשימה שמכיל נאדיות. לנאדיות של אדם אחד יש שטח פנים בגודל של מגרש טניס, שזה אזור גדול שמאפשר חילוף גזים. האזור המוליך הוא החלק בריאה שאוויר זורם דרכו ללא חילוף גזים, מאחר שהצינוריות עבות מכדי שהגזים יעברו דרכן. האזור המוליך מכוסה במבנים דמויי-שערה שנקראים ריסוֹנים שמכוסים בליחה, אשר מסייעת לכלוא חומרים שעלולים להיות מסוכנים. הריסונים הם ניידים, זעירים ובצורה דמוית אצבע, והם נמצאים על פני השטח של תאים בנתיבי האוויר. הריסונים תוחמים את נתיבי האוויר ומסייעים להניע ליחה מעלה ואל מחוץ לריאות [5]. הריסונים הם בגובה של כ-7-6 מיקרומטרים, שזה בערך עשירית מהעובי של שערה אנושית [3, 5].

איור 1 - “מעלית הליחה” של אדם בריא (משמאל) ושל אדם חולה (מימין).
  • איור 1 - “מעלית הליחה” של אדם בריא (משמאל) ושל אדם חולה (מימין).
  • “מעלית הליחה” נמצאת בקנה הנשימה, בסימפוֹנוֹת ובסימפוֹניוֹת, שהם חלק מהאזור המוליך. חילוף גזים מתרחש בנאדיות באזור הנשימה (מלבנים כחולים).

חלקיקים וחיידקים באוויר – מדוע הריאות זקוקות להגנה

ישנם הרבה סוגי חלקיקים שיכולים להיכנס לריאות ולגרום לנזק. חלק מהחלקיקים האלה הם מזהמים כמו למשל פליטות מרכבים שמוּנעים בגז, פחמן חד-חמצני מהבערת אש באחים, רעלים מסיגריות רגילות או אלקטרוניות, ואירוֹסוֹלים כמו תרסיסים לשיער. חלקיקים יכולים להיכלא באזורים שונים בריאה. שׂערות קצרות, כמו אלה שבקודקוד הראש שלכם, מכסות את החלק הפנימי של האף והן מכוסות בליחה. השׂערות המכוסות בליחה האלה מסייעות לכלוא חלקיקים גדולים יותר כשהם נכנסים לאף. חלקיקים שנכנסים לאזור המוליך יכולים לפגוע בתאים של נתיבי האוויר, מה שעלול להפחית את תנועת הריסונים שלהם ולהוביל להצטברות של ליחה שלא ניתנת לפינוי מנתיבי האוויר [2]. נתיבי אוויר שחסומים על-ידי ליחה עלולים שלא לאפשר לאוויר לזרום דרכם בצורה יעילה, כמו האופן שבו עלים במרזב מפריעים לזרימת המים. חלקיקים קטנים יותר לעיתים יכולים לעבור את כל הדרך עד לנאדיות. נזק לנאדיות מקשה באופן ניכר על הנשימה, מאחר שחמצן לא יכול לעשות דִּיפוּזְיָה לתוך הדם באותה הקלות. היעילות המופחתת הזו של חילוף גזים עלול לגרום לשאר הגוף להיכנס להִיפּוֹקְסִיָה, מה שאומר שיש מעט חמצן. רק לאזור המוליך, מקנה הנשימה ועד לסימפוניות, יש את היכולת להניע ליחה באמצעות ריסונים, כך שנאדיות לא יכולות לסמוך על המנגנון הזה שייפטר מהחלקיקים הקטנים האלה [3]. חיים בעיר מזוהמת או שנים של עישון יכולים לגרום לרקמת הריאה להיות מודלקת ולהוביל למחלות, כמו למשל מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD).

מהי “מעלית הליחה”?

מעלית הליחה” נמצאת בתוך נתיבי האוויר המוליכים, והיא מורכבת מליחה ומריסונים, שמניעים את הליחה למעלה והחוצה מהריאות, שם ניתן לסלקהּ באמצעות שיעול או בליעה (איורים 1 ,2) [5]. כקו הגנה ראשון, ליחה של נתיבי אוויר מורכבת ממרכיבים שונים שמסייעים לה לכלוא חלקיקים וחיידקים [2, 4]. ליחה היא מחסום פיזי שמטרתו להגן על הריאות, ויש לה תכונות שמסייעות להיפטר מחיידקים, פטריות ווירוסים שעלולים להיות מזהמים [4, 5]. חלק מהרכיבים החשובים של ליחת נתיבי האוויר הם מוּצינים (חלבונים דביקים שמכוסים בסוכר), חלבוני הגנה, מלח ומים. יחד, המרכיבים האלה יוצרים ג’ל שכולא את החלקיקים שנכנסים לנתיבי האוויר [2].

איור 2 - משמאל: ריסונים בריאים בנתיבי אוויר הם ניידים ומסוגלים להניע ליחה באופן יעיל במעלה “מעלית הליחה”.
  • איור 2 - משמאל: ריסונים בריאים בנתיבי אוויר הם ניידים ומסוגלים להניע ליחה באופן יעיל במעלה “מעלית הליחה”.
  • באמצע: בסיסטיק פיברוזיס (CF), ליחה נעשית סמיכה וקשה להזזה, מה שגורם ל“מעלית הליחה” להיות פחות יעילה; זה מאפשר לחיידקים/ חלקיקים להיתקע, מה שבסופו של דבר גורם נזק לריאות. מימין: בהפרעת תנועה ריסנית ראשונית (PCD) ריסונים הם פחות תנועתיים, או אפילו מקובעים, מה שגורם להם לא להיות מסוגלים להניע ליחה במעלה “מעלית הליחה”.

ליחה מיוצרת בעיקר על-ידי תאים שמכסים את החלק הפנימי של נתיבי האוויר. התאים האלה נקראים תאי גביע. תאי גביע הם בצורה של גביעים מימי הביניים, לכן זהו שמם. שלא כמו תאים אחרים בנתיבי האוויר שמכוסים בריסונים וצורתם כשל צינורות, לתאי גביע אין ריסונים עליהם. תאי גביע אינם נוכחים מֵעֵבֶר לאזור המוליך, כדי למנוע מליחה להתערב בתהליך חילוף הגזים. ליחה גם מעורבת בהרטבה במים של נתיבי האוויר, מה שהכרחי עבור תפקוד תקין של הריסונים [3, 5].

תנועת הריסונים דומה לאופן שבו הידיים שלכם נעות בזמן שחיית חזה [3]. ריסנית אחת אינה חזקה מספיק כדי להניע על גבּיה את שכבת הליחה, אולם כשאלפי ריסונים מצטרפים באופן מתואם, הם יכולים באופן קולקטיבי לגרום לליחה לנוע [2, 3]. דמיינו קהל בקונצרט, כשהמופיע צולל מהבמה אל זרועותיו של הקהל: המופיע הוא כמו אוסף של חלקיקי ליחה, שמוחזק בידיהם של הקהל ומוסע קדימה בגל מתואם. במובן מסוים, הריסונים מדברים זה עם זה דרך תנועה כדי לייצר תנועה מתואמת ויעילה של ליחה! זה האופן שבו “מעלית הליחה” פועלת.

אלה מחלות יכולות להתרחש אם “מעלית הליחה” לא פועלת כשורה?

חלק מהאנשים מקבלים גֶּנִים לא תקינים מההורים שלהם, ונולדים עם מחלה שנקראת הפרעת תנועה ריסנית ראשונית (PCD) (איור 2). PCD היא מחלת ריאות שמוֹנעת מהריסונים לפעוֹם באופן יעיל, ובמקרים קיצוניים מונעת מהם לזוז [3]. אצל מטופלים של PCD, נתיבי האוויר מזדהמים כתוצאה מהולכה בלתי יעילה של ליחה, מה שמזיק לתאים של נתיבי האוויר. כשנתיבי האוויר נפגעים עם הזמן, הם נעשים שמוטים כמו קש שקרס, מה שמונע מהאוויר לנוע דרכם וגורם לקושי בנשימה. דמיינו שאתם שותים מילקשייק סמיך וטעים; יידרש לכם פחות מאמץ אם תשתמשו בקש רגיל, לעומת קש שעוביו כעובי של ספגטי.

סיסטיק פיברוזיס (CF) היא מחלה תורשתית נוספת שמשפיעה על “מעלית הליחה” (איור 2). לאנשים עם CF יש מוּטציוֹת בשני עותקים של הגן (אחד מהאימא ואחד מהאבא) שאחראי על יצירת חלבון שנקרא CFTR. CFTR יוצר תעלה לאורך הממבּרנות של התאים שמעורבת בייצור של זיעה, נוזלי עיכול וליחה. CFTR שולט על כמות המים שמגיעה אל ההפרשות האלה, ולכן על הסמיכות והדביקוּת של הליחה שמיוצרת. כשהתעלה לא עובדת טוב, הליחה לא מקבלת מספיק מים והיא נעשית צמיגית, כמו דבק. ליחה צמיגה מאוד מצטברת בריאות, שלא כמו ליחה רגילה ורטובה שמפונה מ“מעלית הליחה”, מה שגורם לליחה להצטבר, ובסופו של דבר גורם להֶרֶס של נתיבי האוויר ולקריסה של הריאות.

מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD) היא מחלה שיכולה להתרחש לאחר עישון של סיגריות רגילות או של סיגריות אלקטרוניות. COPD יכולה להשפיע באופן שלילי על “מעלית הליחה” ולגרום למחלת ריאות שנראית דומה בהרבה מובנים ל-CF [3]. נזק ל“מעלית הליחה” יכול לתרום למחלות שכיחות אחרת כמו דלקת ריאות ואסטמה, שגם בהן יש בעיות דומות, אם כי פחות חריפות, עם הליחה.

מסקנות: מדוע ליחה, ריסונים, ו“מעלית הליחה” חשובים

תפקוד תקין של “מעלית הליחה” דרוש עבור ריאות בריאוֹת. ליחה וריסונים מהווים מנגנון הגנה ראשוני של הריאות. אם יש בעיה עם ליחה או עם ריסונים, נתיבי האוויר עלולים להיחסם, וחיידקים וחלקיקים מזיקים עלולים להיתקע בריאות, מה שגורם לנזק. מחלות גנטיות כמו PCD ו-CF, ומחלות נרכשות כמו COPD, משפיעות באופן שלילי על “מעלית הליחה”. מחלות הריאות האלה יכולות לגרום לפחות חילוף גזים, ולגרום לשאר הגוף למחסור בחמצן. לכן זכרו – כשאתם בַּבַּיִת חולים עם צינון, הליחה שאתם משתעלים מגיעה מ“מעלית הליחה” שלכם, והיא מסייעת לשמור על הריאות שלכם שמחות ובריאות באמצעות הרחקת חלקיקים וחיידקים שעלולים להיות מזיקים!

תרומות המחבּרים

MW, JP, JK, TB, SP, R-JS, ו-SR תרמו להכנת המאמר ולעריכתו הסופית. כל המחברים אישרו את הטיוטה הסופית של המאמר לפני הגשתהּ.

מילון מונחים

חילוף גזים (Gas Exchange): תהליך שבו פסולת פחמן דו-חמצני (CO2) מוּסֶרֶת ממחזור הדם ומוחלפת בחמצן (O2) שנשאף מהאוויר.

נאדיות (Alveoli): שקי אוויר שמהווים את החלק הקטן ביותר באזור הנשימה; נאדיות וכלי דם קפילריים קרובים מאוד זה לזה; זה המקום שבו מתבצע חילוף הגזים.

אזור מוליך (Conducting Zone): האזור במערכת הנשימה שמעורב בחילוף גזים; מטרת האזור המוליך היא להניע אוויר לתוך אזור הנשימה ומחוץ לו; היכן שממוקמת “מעלית הליחה”; נמצא בריאות באזור שקרוב למרכז הגוף, מגובה קנה הנשימה ועד לסימפוניות.

אזור הנשימה (Respiratory Zone): האזור במערכת הנשימה שבו מתרחש חילוף הגזים; נמצא בחלק של הריאות שמרוחק ממרכז הגוף, היכן שממוקמות הנאדיות.

ריסוֹנים (Cilia): מבנים קטנים וניידים דמויי שערות בחלק העליון של התאים, שמכסים את נתיבי האוויר באזור המוליך; ריסונים מניעים ליחה לאורך “מעלית הליחה”.

ליחה (Mucus): חומר דביק, דמוי ג’ל, שיושב על גבי מברשת הריסונים באזור המוליך בנתיבי האוויר; בריאות, ליחה מיוצרת על-ידי תאי גביע ובלוטות, ותפקידה להגן על נתיבי האוויר מפני חומרים מסוכנים; ליחה מורכבת ממים, מחלבונים עם סוכרים, מחלבוני הגנה וממלח.

מעלית הליחה (Mucociliary Escalator): מונח שמתאר את המנגנון של ליחה וריסונים; אחראית על תנועת ליחה למעלה והחוצה מדרכי הנשימה; ליחה כולאת חלקיקים וריסונים שמניעים את הליחה למעלה והחוצה מהריאות.

תודות

המחברים רוצים להודות ל- George D. Phillips (בן 13), ל- S. Corinne Phillips (בן 16), ול- Andrew Rowe (בן 14) על קריאת המאמר ועל הערותיהם המצוינות שהיוו משוב למאמר. תודה גם ל-Jeremie Lever ו-Basil Bono שסיפקו תמיכה בעלת ערך רב להשלמת הפרויקט הזה.

הצהרת ניגוד אינטרסים

SR עושה שימוש כפטנט לא רשום בטומוגרפיה מסוג micro-Optical Coherence Tomography ככלי אבחוני, שמשמש לאפיין את המיקרו-אנטומיה התפקודית של “מעלית הליחה”.

שאר המחבּרים מצהירים כי המחקר נערך בהיעדר כל קשר מסחרי או כלכלי שיכול להתפרשׁ כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.


מקורות

[1] West, J. B. 2012. West's Respiratory Physiology: The Essentials. 9th Edn. Baltimore, MD: Lippincott Williams & Wilkins.

[2] Knowles, M. R., and Boucher, R. C. 2002. Mucus clearance as a primary innate defense mechanism for mammalian airways. J. Clin. Invest. 109:571–7. doi: 10.1172/jci15217

[3] Peabody, J. E., Shei, R. J., Bermingham, B. M., Phillips, S. E., Turner, B., Rowe, S. M., et al. 2018. Seeing cilia: imaging modalities for ciliary motion and clinical connections. Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 314:L909–21. doi: 10.1152/ajplung.00556.2017

[4] Zhang, P., Summer, W. R., Bagby, G. J., and Nelson, S. 2000. Innate immunity and pulmonary host defense. Immunol. Rev. 173:39–51. doi: 10.1034/j.1600-065X.2000.917306.x

[5] Bustamante-Marin, X. M., and Ostrowski, L. E. 2017. Cilia and mucociliary clearance. Cold Spring Harbor Perspect. Biol. 9:a028241. doi: 10.1101/cshperspect.a028241