22.1: 呼吸道的解剖结构和正常微生物群
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- 200232
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- 描述上呼吸道和下呼吸道的主要解剖学特征
- 描述上呼吸道和下呼吸道的正常微生物群
- 解释微生物如何克服上呼吸道和下呼吸道膜的防御以引起感染
- 解释健康个体和感染期间微生物和呼吸系统是如何相互作用和相互改变的
约翰是一名65岁的哮喘和2型糖尿病患者，在当地一家家居装修商店担任销售助理。 最近，他开始感觉很不舒服，预约了家庭医生。 在诊所，约翰报告说出现头痛、胸痛、咳嗽和呼吸急促。 在过去的一天里，他还经历了一些恶心和腹泻。 一名护士测量了他的体温，发现他正在发烧40°C（104°F）。
约翰建议他一定有流感（流感）病例，并对今年推迟接种流感疫苗感到遗憾。 在通过听诊器听了约翰的呼吸后，医生下令进行胸部射线照相并采集了血液、尿液和痰液样本。
练习\(\PageIndex{1}\)
根据这些信息，哪些因素可能导致了约翰的病？
呼吸道的主要功能是交换气体（氧气和二氧化碳）以促进新陈代谢。 但是，吸入和呼气（尤其是用力吸气时）也可以作为病原体在个体之间传播的载体。
上呼吸系统的解剖学
从概念上讲，呼吸系统可以分为会厌处的上部和下部区域，这种结构在吞咽过程中将下呼吸系统与咽部隔开（图\(\PageIndex{1}\)）。 上呼吸系统与外部环境直接接触。 鼻腔（或鼻孔）是鼻子的外部开口，通回鼻腔，鼻腔后面是一个充满空气的大空间。 这些解剖部位分别构成呼吸道的主要开口和第一部分。 鼻腔内衬有毛发，这些毛发会捕获灰尘和花粉等大颗粒，并阻止它们进入更深的组织。 鼻腔内还衬有粘膜和鲍曼腺体，这些腺体会产生粘液，有助于捕获颗粒和微生物以进行清除。 鼻腔与其他几个充满空气的空间相连。 鼻窦由四个组成，在头骨中成对的小空腔，通过一系列小开口与鼻腔连通。 鼻咽是从后鼻腔延伸的上喉的一部分。 鼻咽携带通过鼻子吸入的空气。 中耳通过咽鼓管与鼻咽相连。 中耳通过鼓膜或耳膜与外耳隔开。 最后，泪腺通过鼻泪管（泪管）排入鼻腔。 这些部位之间的开放连接允许微生物从鼻腔移动到鼻窦、中耳（和背部），然后从鼻咽向下进入下呼吸道。
口腔是呼吸道的次要开口。 口腔和鼻腔通过水龙头连接到咽部或喉咙。 咽部可以分为三个区域：鼻咽、口咽和喉咽。 通过口腔吸入的空气不会通过鼻咽；它首先通过口咽，然后通过喉咽。 由淋巴组织组成的腭扁桃体位于口咽内。 喉咽是咽部的最后一部分，与喉部相连，喉部包含声带（图\(\PageIndex{1}\)）。
练习\(\PageIndex{2}\)
- 确定微生物从鼻部传递到喉部的解剖结构顺序。
- 咽鼓管连接哪两个解剖点？
下呼吸系统的解剖结构
下呼吸系统从喉部或语音箱中的会厌下方开始（图\(\PageIndex{2}\)）。 气管或气管是一种从喉部延伸的软骨管，为空气进入肺部提供了畅通无阻的通道。 当气管到达肺部时，气管会分叉到左右支气管中。 这些路径反复分支，形成更小、更广泛的管道网络，即细支气管。 在这个树状网络中形成的末端细支气管以称为肺泡的死胡同结束。 这些结构被毛细管网络所包围，是呼吸系统中气体交换的场所。 人体肺部含有大约4亿个肺泡。 肺部外表面由双层胸膜保护。 这种结构可以保护肺部并提供润滑，使肺部在呼吸过程中能够轻松移动。
呼吸系统的防御
呼吸系统的内层由粘膜组成（图\(\PageIndex{3}\)），并受到多种免疫防御的保护。 呼吸道上皮内的杯状细胞分泌一层粘稠的粘液。 这种分泌物的粘度和酸度抑制了微生物与底层细胞的附着。 此外，呼吸道含有纤毛上皮细胞。 被殴打的纤毛会将粘液和任何捕获的微生物移出并推向会厌处，在那里它们将被吞下。 以这种方式消灭微生物被称为粘膜纤毛自动扶梯效应，是防止吸入的微生物进一步迁移到下呼吸道的重要机制。
上呼吸系统受到粘膜相关淋巴组织（MALT）的持续监测，包括腺样体和扁桃体。 其他粘膜防御包括分泌抗体 (IgA)、溶菌酶、表面活性剂和称为防御素的抗微生物肽。 同时，下呼吸道受到肺泡巨噬细胞的保护。 这些吞噬细胞可以有效地杀死任何设法逃避其他防御的微生物。 这些因素的综合作用使下呼吸道几乎没有定植的微生物。
练习\(\PageIndex{3}\)
- 确定微生物从喉部传递到肺泡的解剖结构顺序。
- 列举一些可防止微生物感染的呼吸系统防御措施。
呼吸系统的正常微生物群
上呼吸道含有丰富多样的微生物群。 鼻腔通道和鼻窦主要由 Firmicutes、Actinobacteria 和 Proteobacteria 的成员定植。 鉴定的最常见细菌包括表皮葡萄球菌、viridans 组链球菌（VGS）、棒状杆菌属。 （白喉类）、丙酸杆菌属和嗜血杆菌属 口咽包括许多与鼻和鼻窦相同的分离株，还添加了不同数量的细菌，例如普雷沃泰拉、富索杆菌、莫拉氏菌和艾肯氏菌物种，以及一些念珠菌真菌分离株。 此外，许多健康的人在上呼吸道中无症状地携带潜在的病原体。 多达20％的人口鼻孔中携带金黄色葡萄球菌。 1 咽部也可以被链球菌、嗜血杆菌和奈瑟菌的致病菌株定植。
相比之下，下呼吸道中的微生物很少。 在下呼吸道中鉴定的生物中，最常见的是假单胞菌、链球菌、普雷沃泰拉、Fusobacterium 和 Veillonella。 目前尚不清楚这些少量的细菌是否构成正常的微生物群，还是暂时性的。
呼吸系统正常微生物群的许多成员都是机会性病原体。 为了增殖并造成宿主损伤，它们首先必须克服呼吸组织的免疫防御。 许多粘膜病原体会产生毒性因子，例如介导与宿主上皮细胞附着的粘附素或允许微生物逃避吞噬作用的多糖胶囊。 革兰氏阴性细菌的内毒素可以刺激强烈的炎症反应，从而损害呼吸细胞。 其他病原体会产生外毒素，还有一些病原体有能力在宿主细胞中存活。 一旦确定呼吸道感染，它往往会损害粘膜纤毛自动扶梯，限制人体排出入侵微生物的能力，从而使病原体更容易繁殖和传播。
已经为许多最严重的细菌和病毒病原体开发了疫苗。 表中总结了几种最重要的呼吸道病原体及其疫苗（如果有）\(\PageIndex{1}\)。 本章后面将解释这些疫苗的成分。
| 疾病 | 病原体 | 现有疫苗 2 |
|---|---|---|
| 水痘/带状疱疹 | 水痘带状疱疹病毒 | 水痘（水痘）疫苗、带状疱疹（带状疱疹）疫苗 |
| 普通感冒 | 鼻病毒 | 无 |
| 白喉 | 白喉棒状杆菌 | dTap、Tdap、DT、Td、DTP |
| 会厌炎、中耳炎 | 流感嗜血杆菌 | Hib |
| 流感 | 流感病毒 | 已停用，FluMist |
| 麻疹 | 麻疹病毒 | MMR |
| 百日咳 | 百日咳博德氏菌 | 点击，点击 |
| 肺炎 | 肺炎链球菌 | 肺炎球菌结合疫苗 (PCV13)、肺炎球菌多糖疫苗 (PPSV23) |
| 风疹（德国麻疹） | 风疹病毒 | MMR |
| 严重急性呼吸系统综合症 (SARS) | 与SARS相关的冠状病毒（SARS-CoV） | 无 |
| 肺结核 | 结核分枝杆菌 | 卡介苗 |
练习\(\PageIndex{4}\)
- 呼吸道正常微生物群中有哪些致病细菌？
- 病原体使用哪些毒力因子来克服呼吸道的免疫保护？
呼吸道感染的体征和症状
呼吸系统的微生物疾病通常会导致急性炎症反应。 这些感染可以按受影响的位置进行分组，名称以 “itis” 结尾，字面意思是炎症。 例如，鼻炎是鼻腔发炎，通常是普通感冒的特征。 鼻炎也可能与花粉症过敏或其他刺激物有关。 鼻窦发炎被称为鼻窦炎耳部炎症称为中耳炎。 中耳炎是中耳发炎。 多种微生物可引起咽炎，通常称为喉咙痛。 喉部发炎称为喉炎。 由此产生的炎症可能会干扰声带功能，导致声音丢失。 当扁桃体发炎时，它被称为扁桃体炎。 扁桃体炎的慢性病例可以通过扁桃体切除术进行手术治疗。 会厌可能被感染的情况更为罕见，这种情况称为会厌炎。 在下呼吸系统中，支气管的炎症会导致支气管炎。 最严重的是肺炎，在这种情况下，肺泡被感染并发炎。 脓液和水肿积聚，肺泡中充满液体（称为巩固）。 这会降低肺部交换气体的能力，通常会导致咳嗽排出痰液和粘液。 肺炎病例的范围从轻微到危及生命不等，仍然是导致年幼和高龄儿童死亡的重要原因。
练习\(\PageIndex{5}\)
描述鼻炎、鼻窦炎、咽炎和喉炎的典型症状。
吸烟相关性肺炎
卡米拉是一名22岁的学生，长期吸烟已有5年。 最近，她出现了持续性咳嗽，对非处方治疗没有反应。 她的医生下令做胸部X光片检查。 放射学结果与肺炎一致。 此外，肺炎链球菌是从卡米拉的痰中分离出来的。
与普通人群相比，吸烟者患肺炎的风险更大。 烟草烟雾的几种成分已被证明会损害肺部的免疫防御能力。 这些影响包括破坏纤毛上皮细胞的功能、抑制吞噬作用和阻断抗微生物肽的作用。 这些因素共同导致粘膜纤毛自动扶梯效应的功能障碍。 因此，被困在粘液中的生物能够在肺部定植并引起感染，而不是被排出或吞咽。
关键概念和摘要
- 会厌处的呼吸道分为上部和下部区域。
- 空气通过鼻腔和口腔进入上呼吸道，两者都通向咽部。 下呼吸道从喉部延伸到气管，然后分支到支气管中，支气管进一步分裂形成细支气管，细支气管终止于肺泡，在那里发生气体交换。
- 上呼吸道由广泛多样的正常微生物群定植，其中许多是潜在的病原体。 在下呼吸道中发现的微生物很少，这些微生物可能是短暂的。
- 正常微生物群的成员可能会引起机会性感染，使用各种策略来克服呼吸系统的固有非特异性防御（包括粘膜纤毛自动扶梯）和适应性特异性防御。
- 许多常见的呼吸道病原体（包括细菌和病毒）都有有效的疫苗可供使用。
- 大多数呼吸道感染会导致受感染组织发炎；这些疾病的名称以-it is结尾，例如鼻炎、鼻窦炎、耳炎、咽炎和支气管炎。