У здоровых людей слизь, выделяемая бронхолегочной системой, на 98 % состоит из воды. Она улавливает чужеродные частицы, включая микробы, прежде чем они достигнут легких. Менее 1 % обычной слизи состоит из сложных белков, называемых муцинами, которые и придают слизи гелеобразные свойства. Кашлевой рефлекс провоцирует высокоскоростные воздушные потоки, которые отрывают слизь от поверхности, где она скопилась, и выводят ее из организма.
Известно, что при таких заболеваниях как бронхит курильщика, хронический бронхит, бронхиальная астма [1], ХОБЛ (хроническая обструктивная болезнь легких), хронический бронхит или муковисцидоз [2] (кистозный фиброз) слизь становится намного более вязкой и эластичной, чем обычно (почти желеобразной) поскольку она перегружена муцинами. В слизи пациентов с муковисцидозом количество муцинов достигает 10 %, а количество воды снижается до 79 %. Но ученые никогда полностью не понимали, почему все же кашель не способен очищать организм от слизи при таких заболеваниях
Исследователи из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл разобрались в механизме данного явления. Они измерили адгезионные силы, связывающие слизь с поверхностью дыхательных путей и силы, которые удерживают слизь вместе. И заодно нашли несколько агентов, которые наверняка снижают плотность слизи и ее сцепление с поверхностью.
Для этого ученые сначала взяли клетки дыхательных путей из легких пациентов с кистозным фиброзом и культивировали их в лаборатории. Эти клетки продуцировали привычный слой очень вязкой слизи.
Поскольку слизь является очень «мягким» гелем, исследователи разработали методику встраивания небольших сеток, которые прочно связываются с слизью. Затем сетки шелковой нитью соединили с двигателем с помощью датчика силы. Таким образом удалось «посчитать» силу, необходимую для вытягивания и разрыва слизи. А также сравнить ее с силой, необходимой для того же самого в здоровом организме.
Исследователи увидели, что адгезионная и когезионная прочность слизи резко возрастает, когда отношение муцинов к воде становится выше, чем обычно. Сил противодействия, вызванных кашлем при этом не хватает, чтобы сдвинуть слизь с места.
Однако совсем другую картину можно было наблюдать при ингаляциях физиологического и гипертонического растворов — они увеличивали количество воды в слизи, тем самым делая ее тоньше. Другие известные виды лечения, так называемые «муколитики», делали слизь менее вязкой и эластичной, измельчая или разделяя молекулы муцина.
Команда ученых обнаружила, что обработка солевыми растворами и муколитиками дополняют друг друга и именно в комбинации оба типа терапии наилучшим образом работают на снижение адгезионной и когезионной прочности слизи. А значит, на улучшение состояния пациентов.