DÝCHACÍ SYSTÉM Petr Vaňhara 2024 Onemocnění Postižená tkáň Terapeutický cíl RDS Alveolární epitel Endotel kapilár Regenerace epitelu a kapilární sítě Astma Bronchiolární epitel Myofibroblasty Hladká svalovina DC Útlum zánětu Prevence remodelace DC Prevence hyperplasie hladké svaloviny Chronická plicní nemoc (Bronchopulmonární dysplasie) Alveolární epitel Endotel kapilár Intersticiální fibroblasty Útlum zánětu Prevence fibrotizace a cévní dysgeneze Regenerace alveolárních sept a epitelií Cystická fibróza Epitel DC Genová terapie CFTR (cystic fibrosis conductance regulator) CHOPN Alveolární epitel Endotel kapilár Intersticiální fibroblasty Komplexní obnova 3D alveolární architektury Bronchiolitis obliterans Epitel DC Regenerace bronchiolárního epitelu Prevence obliterace bronchiolů Nádorová onemocnění Všechny plicní tkáně Úplná eliminace abnormálních tkání, regenerace plicních struktur Proč se zabývat plicní ultrastrukturou a histogenezí? FUNKCE Ventilace Výměna plynů a perfúze plic Buněčná respirace • Syntéza a aktivace vazoaktivních látek, hormonů neuropeptidů, eikosanoidů, lipoproteinových komplexů … • hemostáza – trobmoplastin, heparin … • Imunita – aktivace komplementu, leukocytů, produkce cytokinů … Respirace vnější (plicní) Respirace = dýchání = proces výměny plynů kyslíku, oxidu uhličitého mezi organismem a zevním prostředím. Respirace vnitřní (tkáňová) ANATOMIE Horní dýchací cesty • nosní dutina • vedlejší nosní (paranazální) dutiny • nasopharynx (nosohltan) • oropharynx Dolní dýchací cesty • hrtan • průdušnice (trachea) • průdušky (bronchi) • průdušinky (bronchioli) Respirační oddíl – sklípkový strom • respirační bronchioly • alveolární chodbičky (ductus alveolares) • alveolární váčky (sacculi alveolares) • plicní sklípky (alveoli) OBECNÉ ZNAKY DÝCHACÍCH CEST Funkce • Transport • Zvlhčení • Filtrace • Ohřátí Stavba Kost / Chrupavka (mechanická podpora) Sliznice • Epitel • Lamina propria SLIZNICE DÝCHACÍCH CEST Lamina epithelialis • Víceřadý cylindrický epitel s řasinkami a pohárkovými buňkami Lamina propria mucosae • řídké kolagenní vazivo • arteriální a venózní pleteně • hojné smíšené seromucinózní žlázky • hojné lymfoidní elementy Vrstva hlenu Bazální b. (kmenové buňky) Řasinkové b. (nejhojnější) Pohárkové b. (mucin) Kartáčové b. (chemosensorické) (podobné chuťovým pohárkům) B. s malými granuly (Kulčického) DNES – diffuse neuroendocrine system SLIZNICE DÝCHACÍCH CEST SLIZNICE DÝCHACÍCH CEST DOI: 10.2500/ajra.2012.26.3716 SLIZNICE DÝCHACÍCH CEST SLIZNICE DÝCHACÍCH CEST Hlen - mucus • zejména glykoproteiny ve vodě • zvlhčuje sliznici a vzduch • obsahuje IgA imunoglobuliny (slizniční immunita) • zachycuje částice ze vzduchu • pomáhá čistit dýchací cesty SLIZNICE DÝCHACÍCH CEST Hlen - mucus • zejména glykoproteiny ve vodě • zvlhčuje sliznici a vzduch • obsahuje IgA imunoglobuliny (slizniční immunita) • zachycuje částice ze vzduchu • pomáhá čistit dýchací cesty SLIZNICE DÝCHACÍCH CEST Mukociliární transport ‐ koordinovaný pohyb řasinek směrem k nosohltanu ‐ 5 mm/hod SLIZNICE DÝCHACÍCH CEST SLIZNICE DÝCHACÍCH CEST Mukociliární transport ‐ koordinovaný pohyb řasinek směrem k nosohltanu ‐ 5 mm/hod SLIZNICE DÝCHACÍCH CEST Makrofágy ve vrstvě hlenu NOSNÍ DUTINA Nozdra (naris) Lamina cribriformis čichové kosti Bulbus olfactorius Tractus olfactorius Čichový epitel Smyslový epitel NOSNÍ DUTINA Horní skořepa Sinus sphenoidalis Vnitřní nozdra Nasopharynx Vnější nozdra Sinus frontalis Střední skořepa Dolní skořepa Regio olfactoria Regio cutanea Regio respiratoria Regio cutanea Regio respiratoria Regio olfactoria Epidermis včetně kožních adnex, ve vestibulu přechází v epitel dýchacích cest Sliznice dýchacích cest, v lamina propria seromucinózní žlázy, podkladem je kost nebo chrupavka, podslizniční vazivo chybí Smyslový epitel, lamina propria s Bowmanovými řlázami NOSNÍ DUTINA – VESTIBULUM NASI • 5 – 6 mm široká zóna od nozder • přechod dermis ve sliznici dýchacích cest – chlupy + mazové a potní žlázy • vrstevnatý dlaždicový keratinizující epitel NOSNÍ DUTINA – VESTIBULUM NASI • Strop nosní dutiny, horní část nosní přepážky, horní skořepa • 70-100 m • Víceřadý cylindrický epitel se smyslovými buňkami • Lamina propria s arteriálními a venózními pleteněmi • Axony smyslových buněk • Bowmanovy žlázky NOSNÍ DUTINA – REGIO OLFACTORIA Čichové buňky Podpůrné buňky (sustentacular) Bazální buňky • nízké bazofilní • kmenové buňky podpůrných i čichových buněk (regenerace neuronů) Čichové buňky Podpůrné buňky (sustentakulární) Bazální buňky • bipolární neuron - apex – dendrit – čichový vezikul • 10-20 nepohyblivých řasinek odstupuje z jednoho vezikulu • modifikované řasinky obsahují receptory pro odoranty • báze buňky - axon • kartáčový lem - mikroklky • fyzická podpora + výživa NOSNÍ DUTINA – REGIO OLFACTORIA NOSNÍ DUTINA – REGIO OLFACTORIA Axony Čichových buněk (Fila olfactoria)Prostup přes lamina cribriformis čichové kosti Synapse se sekundárními neurony bulbus olfactorius (N. olfactorius) NOSNÍ DUTINA – REGIO OLFACTORIA NOSNÍ DUTINA – NOSNÍ SKOŘEPA Kisselbachova pleteň • sinus maxillaris (15-25 cm3) • sinus ethmoidalis • sinus frontalis • sinus sphenoidalis Sliznice • obdoba sliznice dýchacích cest • slabší, méně žlázek • chybí submukóza NOSNÍ DUTINA – SINUS PARANASALES NASOPHARYNX (pars nasalis pharyngis) A OROPHARYNX (p. oralis ph.) Nasopharynx • víceřadý cylindrický epitel s řasinkami • tonsila pharyngea (nosní mandle – infiltrace lamina propria lymfocyty) • vyústění Eustachovy trubice Oropharynx • vrstevnatý dlaždicový epitel Křížení dýchacího a trávícího traktu LARYNX LARYNX Tvar přesýpacích hodin Vestibulum Plica ventricularis (nepohyblivá) Plica vocalis (pohyblivá) Cavum infragloticum Ventriculus laryngealis (Hrtanová duitna) Zúžení = párové řasy Frontal section Epiglottis Přibližně 4 cm LARYNX Chrupavky Spojeny vazy a ovládány svaly. • Hyalinní • Elastické Plica vocalis Plica ventricularis Dolní část Horní část LARYNX Plica ventricularis Plica vocalis Ventriculus laryngealis cartilage cartilage Epiglottis Vestibulum Trachea LARYNX Plica ventricularis Plica vocalis Ligamentum vocale (elastické) Musculus vocalis (kosterní) Žlázky (seromucinózní) Vrstevnatý dlaždicový epitel Víceřadý cylindrický epitel s řasinkami LARYNX Plica ventricularis Plica vocalis Reinkeho edém exudát v Reinkeho prostoru = chraplavý hlas LARYNX Přechod epitelů na spodním okraji plica vocalis Lamina propria mucosae M. vocalis Vrstevnatý dlaždicový epitel Víceřadý cylindrický epitel s řasinkami LARYNX – EPIGLOTTIS Linguální stranaLaryngeální strana Víceřadý cylindrický epitel s řasinkami Vrstevnatý dlaždicový epitel TRACHEA Délka cca.: 12 cm Průměr cca: 2 cm • hyalinní • 10 až 12 • C-shaped Chrupavčité prstence TRACHEA Výsledek obrázku pro trachea histology Ligamentum anulare • Sliznice – epitel dýchacích cest • Opěrný aparát - tunica fibro-musculo-cartilaginea • Tunica adventitia TRACHEA Viceřadý cylindrický epitel s řasinkami Musculus trachealis Chrupavka Chrupavka Esophagus Trachea Paries membranaceus • vazivová memnrána Musculus trachealis TRACHEA Viceřadý cylindrický epitel s řasinkami • bifurkace: vrstevnatý dlaždicový epitel Perichondrium Chrupavka – prstence spojeny ligg. anularia Lamina propria mucosae • fibroelastické vazivo + lymfoidní buňky • bohatá inervace – kašlací reflex • četné seromucinózní žlázky – gll. tracheales (dominantně v úrovni ligg. anularia) Adventitia • fibroelastické vazivo Esophagus Trachea Sliznice BRONCHIÁLNÍ STROM Primární bronchy – Extrapulmonární • menší průměr, slr stejná stavba jako trachea • doprovázeny plicními arteriemi, žílami, a lymfatickými cévami • gll. bronchiales Začíná bifurkací průdušnice BRONCHIÁLNÍ STROM Primární (hlavní) bronchy Lobární bronchy (vlevo 2, vpravo 3) Trachea Segmentové bronchy (10),  cca 8 mm Střední, malé a nejmenší bronchy • 7 generací větvení do  cca 1 mm Anizotomní dichotomické větvení Bronchioly • chybí chrupavka a žlázy •  < 1 mm • jeden primární bronchiolus definuje plicní lalůček • 4 x se větví, poslední větve jsou: Terminální bronchioly • konečný úsek dýchacích cest •  cca 0,4 – 0,5 mm Respirační bronchioly •  cca 0,4 mm • 3 generace větvení Ductuli alveolares • 5-7 generací větvení Sacculi alveolaresSklípkový strom BRONCHIÁLNÍ STROM Bronchopulmonární segment • jeden segment – cca 10-12% objemu plíce • vlastní cévní zásobení • fibrózní pouzdro • důležité v plicní chirurgii BRONCHIÁLNÍ STROM Makroskopický obraz BRONCHIÁLNÍ STROM Sliznice • typický epitel dýchacích cest, nejpočetnější řasinkové buňky, pohárkové a bazální buňky • výška epitelu distálně klesá • podélná elastická vlákna v lamina propria • seromucinózní bronchiální žlázy v lamina propria • BALT v lamina propria Hladká svalovina Podpůrná vazivo-chrupavčitá vrstva • nepravidelné chrupavčité ploténky Peribronchiální vazivo • od plicního hilu po bronchioly Sliznice • jednovrstevný epitel s řasinkovými buňkami • pohárkové buňky vzácné a distálně zcela chybí • neuroendokrinní buňky • kyjovité (Clarovy) buňky • respirační bronchioly – kubické buňky bez řasinek, příležitostně pneumocytů typu II Relativně silná vrstva hladká svaloviny Chrupavky i žlázy chybí Vazivo • přechází ze stěny bronchiolu na okolní elastické vazivo – udržení průsvitu Bronchus - průduška Bronchiolus - průdušinka BRONCHIÁLNÍ STROM Bronchus vs. trachea Výsledek obrázku pro trachea histology BRONCHIÁLNÍ STROM Intrapulmonární bronchus BRONCHIÁLNÍ STROM Intrapulmonární bronchus BRONCHIÁLNÍ STROM Intrapulmonární bronchus BRONCHIÁLNÍ STROM Bronchioly – od primárních po terminální BRONCHIÁLNÍ STROM Bronchioly – od primárních po terminální Alveolus Alveolus Alveolus Alveolus BRONCHIÁLNÍ STROM Bronchioly – od primárních po terminální BRONCHIÁLNÍ STROM Terminální vs. respirační bronchioly ZMĚNY VE STRUKTUŘE EPITELU DÝCHACÍCH CEST TEMNÝ PŘÍBĚH CLAROVÝCH BUNĚK A VĚDECKÉ ETIKY Clarovy buňky Kyjovité buňky (club cells) SKLÍPKOVÝ STROM Respirační oddíl Ductus alveolares – stěna tvořena: • skupinami kubických buněk • individuálními alveoly a jejich ústím • elastickými vlákny • hladkosvalovými buňkami kolem vstupů do alveolů Sacculi alveolares • skupiny alveolů otevřených do společné předsíně Atrium • vstup do alveolárního váčku SKLÍPKOVÝ STROM Respirační oddíl SKLÍPKOVÝ STROM Respirační oddíl SKLÍPKOVÝ STROM Respirační oddíl SKLÍPKOVÝ STROM Respirační oddíl Žádné alveoly Nepočetné alveoly SKLÍPKOVÝ STROM Respirační oddíl Terminální bronchiolus Alveolus Alveolus Alveolus Alveolus Alveolus Hvězdicovitý průsvit bronchiolu je post-fixační artefakt SKLÍPKOVÝ STROM Respirační oddíl Respirační bronchiolus AD - Alveolar duct AS – Alveolar sac A - Alveolus V – Vein PA – Perialveolar artery SKLÍPKOVÝ STROM Plicní lalůček (lobulus pulmonis) • tvoří jej cca 8 plicních acinů • velikost cca 2 cm Plicní acinus (acinus pulmonis) • zahrnuje všechny respirační bronchioly, ductus alveolares a několik tisíc plicních sklípků – alveolů, náležících k jednomu terminálnímu bronchiolu • velikost cca 0,5 mm, obdám velmi tenkým fibrózním pouzdrem • morfologická jednotka důležitá pro některá plicní onemocnění (emfyzém) SKLÍPKOVÝ STROM Plicní lalůček Plicní acinus Plicní acinus PLICNÍ SKLÍPKY Plicní sklípky - alveoly • průměr cca 200 m • celkový počet cca 300 – 400 millionů • celková plocha cca 100 – 140 m2 • interalveolární septa (elastin + kolagen typu III) • alveolární póry (Kohnovy; 8 – 60 m průměr) • kapiláry s celistvou stěnou pneumocyty I. a II. typu Místo výměny dýchacích plynů PLICNÍ SKLÍPKY – KOLATERÁLNÍ VENTILACE Kohnovy póry • mezi sousedícími alveoly • 13-21 v každém alveolu, 3-13 m • chybí u novorozenců, vyvíjejí se kolem 3- 4 roku života spolu s vývojem alveolů Lambertovy kanály • bronchoalveolární spojení mezi alveoly a bronchioly • 30m • vyvíjí se spolu s Kohnovými póry Martinovy kanály • mezi terminálními a respiračními bronchioly • variabilní velikost 30-150 m Interlobulární kanály • až 200 m Klinický význam u různých plicních onemocnění (např. CHOPN) 10.22541/au.159818335.5362380 PLICNÍ SKLÍPKY Elastická vlákna Kapilára Alveolární makrofágy – „prašné buňky“ • pohyblivé • některé migrují do hltanu kde jsou spolknuty či vykašlány • některé migrují lymfatickými cévami Pneumocyty typu I (membranózní) • velmi ploché – cca 80 nm • okluzní spoje • cca 95% alveolárního povrchu Pneumocyty typu II (granulární) • kubické (10 m) • početnější než pneumocyty typu I • lamelární tělíska – surfaktanty SP-A, -B, -C, -D • kmenové buňky (pro pneumocyty typu I a II) PLICNÍ SKLÍPKY – INTERALVEOLÁRNÍ SEPTUM PLICNÍ SKLÍPKY – ALVEOLOKAPILÁRNÍ BARIÉRA I – pneumocyt typu I II – pneumocyt typu II A - alveolus C - kapilára M - makrofág PLICNÍ SKLÍPKY – ALVEOLOKAPILÁRNÍ BARIÉRA 0,1 – 1,5 μm Jádro endotelové buňky Vrstva surfaktantu Pneumocyt typu I Splynulé lam. basalis Endotel Výměna plynů: pasívně difúzí na základě gradientu parciálního tlaku PLICNÍ SKLÍPKY – ALVEOLOKAPILÁRNÍ BARIÉRA PLICNÍ SKLÍPKY – ALVEOLOKAPILÁRNÍ BARIÉRA PLICNÍ SKLÍPKY – SURFAKTANT Cytoplazma pneumocytu typu I Lumen alveolu PLICNÍ SKLÍPKY – SURFAKTANT 90% lipidů 40% dipalmitoylfosfatidylcholin 40% další fosfolipidy (např. fosfatidylglycerol) 10% neutrální lipidy (např. cholesterol) 10% proteinů • snižuje povrchové napětí • usnadňuje dýchání (compliance) • imunologická bariéra PLICNÍ SKLÍPKY – PNEUMOCYTY TYPU II Surfaktant PLEURA Viscerální pleura (poplicnice) – pokrývá plíce Parietální pleura (pohrudnice) – vystýlá hrudní dutinu PLEURA Mezotel (jednovrstvý dlaždicový ep.) Tenká vrstva vaziva (cca 1 mm) CÉVNÍ ZÁSOBENÍ PLIC Plicní oběh „funkční“ Bronchiální oběh „nutritivní“ Pulmonární tepny Bronchiální tepny Kapiláry Terciární bronchus Pulmonární žíly Bronchopulmonární segment EMBRYONÁLNÍ VÝVOJ PLIC Entoderm • epitel • žlázy Mezenchym • vazivo • chrupavka • svalová tkáň Začátek 4. týdne: Laryngotracheální výchlipka předního střeva (ventrální strana) EMBRYONÁLNÍ VÝVOJ PLIC Časný 4. týden Časný 5. týden Pozdní 4. týden Tracheoesofageální řasy Tracheoesofageální septum Laryngotracheální výchlipka Bronchopulmonální výchlipky EMBRYONÁLNÍ VÝVOJ PLIC • Lumen nejprve obliteruje a později rekanalizuje • vyvíjí se Ventriculus pharyngealis + Plica ventricularis a Plica vocalis • vyvíjí se chrupavky + vazy + svaly hltanu (ze 4. and 6. žaberního oblouku) Vnitřní strana ventrální stěny hltanu 12. týden6. týden EMBRYONÁLNÍ VÝVOJ PLIC Před narozením - 18 x Celkový počet větvení Po narození - 7x až do 8 roku věku Pozdní 6. týden Pozdní 5. týden Pozdní 8. týden Bronchopulmonální výchlipky EMBRYONÁLNÍ VÝVOJ PLIC • bronchopulmonální výchlipky penetrují do primitivních pleurálních dutin • splanchnický mezoderm, pokrývající vnější povrch plic, vytváří viscerální pleuru • tělní mezoderm, vystýlající tělní dutinu, vytváří parietální pleuru • prostor mezi viscerální a parietální pleurou dává vznik pleurální dutině Bronchopulmonální výchlipka Bronchopulmonální výchlipka EMBRYONÁLNÍ VÝVOJ PLIC Stádium pseudoglandulové (5. – 17. týden) • jsou vytvořeny terminální bronchioly • terminální bronchioly jsou slepě zakončeny – připomínají exokrinní žlázu • jednovrstvý kubický epitel (entoderm) • respirační bronchioly ani alveoly nejsou vyvinuty Stádium kanalikulární (13. – 25. týden) • vyvíjí se respirační bronchioly a váčky, vaskularizace • dýchání a přežití je možné, pouze ale s lék. pomocí • stále závažný stupeň nezralosti Stádium primitivních alveolů (terminálních sakulů) (24. týden - porod) • významný nárůst počtu váčků a alveolů s dobře diferencovanými pneumocyty • vytvořena bariéra krev-vzduch • od 26. týdne je možné přežití bez lék. pomoci (hmotnost plodu cca 1000 g) Stádium definitivních alveolů (alveolární) (32. týden - 8. rok) • nejdelší stádium • vývoj plic se ukončuje EMBRYONÁLNÍ VÝVOJ PLIC 10.1289/ehp.0901856 VROZENÉ VÝVOJOVÉ VADY PLIC Příklady • Atrézie/stenóza/diafragma laryngu • Stenóza trachey a tracheoezofageální píštěl - VACTERL • Ageneze/hypoplázie plic • Sekvestrace plic • Kongenitální emfyzém • Monogenně podmíněné choroby - CF • Poruchy v souvislosti s oligohydramnion • RDS • Vrozené vady velkých cévních kmenů Děkuji za pozornost pvanhara@med.muni.cz http://www.histology.med.muni.cz