Глава 13. Дыхательная система

Дыхательная система включает два отдела: воздухоносные пути и респираторный отдел. В состав органов дыхания также входят дыхательные мышцы, плевральные полости, собственный нервный аппарат, эндокринные клетки, иммунокомпетентные клетки, чувствительные и двигательные нервные окончания, образованные отростками нейронов собственного нервного аппарата и нейронов симпатического и парасимпатического отделов. Дыхательная система имеет мощную систему иммунологической защиты.

Развитие

На 22–26-е сутки внутриутробного развития на вентральной стенке передней кишки появляется респираторный дивертикул — зачаток органов дыхания (рис. 13-1). Он отделяется от передней кишки двумя продольными эзофаготрахеальными (трахеопищеводными) бороздами, вдающимися в просвет передней кишки в виде гребней. Эти гребни, сближаясь, сливаются, формируя эзофаготрахеальную (трахеопищеводную) перегородку. В результате передняя кишка разделяется на дорсальную часть (пищевод) и вентральную часть (трахея и лёгочные почки). По мере отделения от передней кишки почка дыхательной системы (респираторный дивертикул), удлиняясь в каудальном направлении, формирует структуру, лежащую по срединной линии, — будущую трахею; она заканчивается двумя мешковидными выпячиваниями. Это лёгочные почки, наиболее дистальные части которых составляют респираторный зачаток. Таким образом, эпителий, выстилающий зачаток трахеи и лёгочные почки, имеет энтодермальное происхождение. Слизистые железы воздухоносных путей, являющиеся производными эпителия, также развиваются из энтодермы. Хрящевые клетки, фибробласты и ГМК происходят из спланхнической мезодермы, окружающей переднюю кишку. Правая лёгочная почка делится на три, а левая — на два главных бронха, предопределяя присутствие трёх долей лёгкого справа и двух — слева (рис. 13-2). Под индуктивным воздействием окружающей мезодермы ветвление продолжается; в итоге формируется бронхиальное дерево лёгких. К концу 6-го месяца насчитывают 17 ветвлений. Позднее происходит ещё 6 дополнительных ветвлений, процесс ветвления заканчивается после рождения. К рождению лёгкие содержат около 60 млн первичных альвеол, их количество интенсивно увеличивается в первые 2 года жизни. Затем скорость роста замедляется, и к 8–12 годам количество альвеол достигает приблизительно 375 млн, что соответствует количеству альвеол у взрослых. Как начальные, так и поздние стадии развития органов дыхания регулируют гены семейства Hox. В развитии и морфогенезе органов дыхания участвуют различные факторы транскрипции и факторы роста (Notch, TGF-β, BMP, Shh, Wnt, FGF, EGF).

Рис. 13-1. Начальные стадии развития органов дыхания. В конце 3-й — начале 4-й недели в стенке передней кишки образуется выпячивание (почка дыхательной системы). По обе стороны от выпячивания формируются вдающиеся в просвет первичной кишки продольные валики — трахеопищеводные гребни, которые затем сближаются и смыкаются. Так образуется перегородка, отделяющая первичную кишку (будущий пищевод) от почки дыхательной системы. Последняя даёт начало трахее, заканчивающейся на каудальном конце двумя мешковидными образованиями — лёгочными почками: А — в конце 3-й недели; Б и В — на 4-й неделе (Sadler T.W., 1990)

Рис. 13-2. Развитие бронхов и лёгких. На 5-й неделе начинается закладка бронхов. Левая лёгочная почка образует два, правая — три выпячивания. Из выпячиваний развиваются главные бронхи. В дальнейшем происходит ветвление главных бронхов с формированием бронхиального дерева: А — 5 нед; Б — 6 нед; В — 8 нед (Sadler T.W., 1990)

Стадии развития лёгких

Дифференцировка лёгких проходит следующие стадии: железистую, канальцевую и альвеолярную (рис. 13-3).

Рис. 13-3. Развитие лёгких: А — с 4-й недели по 4-й месяц; Б — с 4-го по 6-й месяц; В — с начала 7-го месяца до рождения. По мере формирования бронхиального дерева лёгкие приобретают сходство с разветвлённой железой (железистая стадия развития). К концу 4-го месяца однослойный эпителий, выстилающий бронхи и бронхиолы, остаётся недифференцированным и имеет цилиндрическую форму. В дальнейшем ветвление продолжается, и к концу 6-го месяца бронхи и бронхиолы формируют канальцы (канальцевая стадия). Эпителий, выстилающий канальцы, становится кубическим. В течение 7-го месяца канальцы приобретают вид мешочков — первичных альвеол (стадия терминальных мешочков). При этом происходит дифференцировка эпителиальных клеток, и к концу 7-го месяца большинство из них уплощается (пневмоциты, или альвеолоциты типа I). Небольшое количество эпителиальных клеток сохраняет кубическую форму (пневмоциты, или альвеолоциты типа II) (Johnson K.E., 1991)

Железистая стадия

Железистая стадия (5–15 нед) характеризуется дальнейшим ветвлением воздухоносных путей (лёгкие приобретают вид железы), развитием хрящей трахеи и бронхов, появлением бронхиальных артерий. Эпителий, выстилающий респираторный зачаток, состоит из цилиндрических клеток. На 10-й неделе среди клеток цилиндрического эпителия воздухоносных путей появляются бокаловидные клетки. К 15-й неделе формируются первые капилляры будущего респираторного отдела.

Канальцевая стадия

Канальцевая стадия (16–25 нед) характеризуется появлением выстланных кубическим эпителием респираторных и терминальных бронхиол, а также канальцев (прообразов альвеолярных мешочков) и подрастанием к ним капилляров.

Стадия терминальных мешочков

Альвеолярная стадия, или стадия терминальных мешочков (26–40 нед), характеризуется массовым преобразованием канальцев в мешочки (первичные альвеолы), увеличением числа альвеолярных мешочков, дифференцировкой пневмоцитов (альвеолоцитов) типов I и II и появлением сурфактанта. К концу 7-го месяца значительная часть клеток кубического эпителия респираторных бронхиол дифференцируется в плоские клетки (пневмоциты типа I), тесно связанные с кровеносными и лимфатическими капиллярами, и становится возможным газообмен. Остальные клетки сохраняют кубическую форму (пневмоциты типа II) и начинают вырабатывать сурфактант. Синтез и секреция сурфактанта пневмоцитами типа II — важное событие внутриутробного развития лёгких. Функции сурфактанта — снижение сил поверхностного натяжения альвеол и повышение эластичности лёгочной ткани. Сурфактант предотвращает спадение альвеол в конце выдоха и позволяет раскрываться альвеолам при пониженном внутригрудном давлении. Из фосфолипидов, входящих в состав сурфактанта, крайне важен лецитин. Отношение содержания лецитина к содержанию сфингомиелина в амниотической жидкости косвенно характеризует количество внутриальвеолярного сурфактанта и степень зрелости лёгких. Показатель 2:1 или выше — признак функциональной зрелости лёгких.