The Importance of the Mucous Membranes in Our Airways

In order for any virus to infect the throat, sinuses, airways, or lungs it must first pass through or enter the body through the mucous membrane. هذا هو الحاجز الأول للعدوى. جهاز المناعة هو خط الدفاع الثاني. There are two routes for a virus to enter the lungs and cause serious damage. The primary route is through the respiratory tract, the other is through the gastrointestinal tract.

The respiratory tract mucous membrane that lines our airways is the first line of defense against viral infection. إنه يتكون في المقام الأول من الخلايا المعروفة باسم الخلايا الظهارية الهدبية. هذه الخلايا لها سطح خارجي مغطى بهياكل تشبه الشعر تسمى الأهداب. تتشكل الأهداب في حزم وتعمل مثل الفُرش لتحريك إفرازات الجهاز التنفسي والكائنات الحية الدقيقة والحطام لأعلى لتخرج في النهاية عبر الأنف أو الفم. فوق الخلايا الظهارية الهدبية طبقتان من المخاط. ينتج المخاط بواسطة نوع آخر من الخلايا الظهارية يسمى الخلايا الكأسية. يُغطي نوع رقيق من المخاط حزم الأهداب بينما توجد طبقة أكثر سُمكاً فوق تلك الطبقة الرقيقة. The mucus is composed of mucin, which refers to a network of proteins complexed with sugars.

The mucous membrane and mucus are specially designed to protect against any microorganism or particles from getting into the lungs. يوجد داخل الرئتين خلايا طلائية متخصصة لا تحتوي على أهداب. ولا توجد خلايا كأسية في الرئتين. في الرئتين، هناك فقط خلايا ظهارية رفيعة للغاية، وأنسجة ضامة، وشعيرات دموية، كلها مصممة لأداء وظيفة توصيل الأكسجين إلى الدم واستبداله بثاني أكسيد الكربون. عندما تصل الجسيمات أو الكائنات الحية الدقيقة إلى الرئتين، يصبح ذلك الوضع خطير للغاية حيث لا توجد حماية تذكر هناك. The importance of the health of the mucus and the lining of the airways in preventing viral infection cannot be overstated as conditions associated with poor functioning of this line of defense is associated with an increased risk of more serious infection.

Preventing the Gastrointestinal Route of Infection

The secondary route of a virus entering the body is through the gastrointestinal tract. داخل الجهاز الهضمي، هناك عدد من العوامل الوقائية غير البطانة المخاطية. أبرز الإضافات هي إفرازات الجهاز الهضمي مثل حمض المعدة وإنزيمات الهضم. هيكل الجهاز المناعي في الأمعاء أكبر أيضاً. If a virus is able to avoid these protective factors and infect the GI tract it is able to enter the bloodstream and also infect the lungs. Another factor that greatly increases the risk of the secondary route of infection is a lack of digestive enzymes. من الثابت أن قصور إنزيم البنكرياس هو عامل خطر رئيسي لجميع التهابات الجهاز التنفسي الفيروسية. في الواقع، يعتبر العلاج ببدائل الإنزيمات هو النهج الطبي الرئيسي لتقليل خطر التهابات الرئة لدى هؤلاء المرضى. إن الإنزيمات التي تهضم البروتين، وهي إنزيمات البروتياز، ليست قادرة على هضم البروتينات في الطعام فقط ولكن أيضاً البروتينات الموجودة على جدران خلايا الفيروس. تحتوي الفيروسات على بروتينات بارزة من أغشيتها الخلوية تؤدي أدواراً مهمة في عملية العدوى. بدون هذه البروتينات، لا يمكن للفيروس ببساطة دخول الخلايا البشرية. Supplemental proteases are also effective in supporting the mucus barrier in the airways as well.

What Determines the Severity of Respiratory Infection?

The difference between a mild vs. a severe infection appears to be based on a few things. أهمها هو الكمية الفيروسية التي يتعرض لها الشخص في البداية. If the viral load a person is exposed to is quite high, then it greatly increases their risk for a more severe infection. 

Another factor that determines the severity of respiratory infection may be the ability of the virus to travel down the respiratory tract into the lungs. تبدأ عدوى الجهاز التنفسي الفيروسية عموماً من الأنف وتنتقل عبر الشعب الهوائية. كلما توغلت أكثر، كلما كانت العدوى أكثر خطورة أو شدة. تذكر أن خلايا الرئة لديها حماية ضعيفة. During a viral infection of the lungs, not only are the lung epithelial cells damaged by the infecting virus but they are also damaged by the body’s immune response to the infection. If the response and clean-up by the immune system are quick, the infection can be contained and cleared in a few days. But if the immune response is either insufficient or overly aggressive, it can lead to significant damage.

How to Support the First Line of Defense 

From the above discussion, it should be clear that the first step in supporting our host defenses against an respiratory infection or any organism that targets the respiratory tract is to support the production of an effective mucous barrier. Here are some key strategies: 

  • Adequate hydration.
  • Supply key nutrients for epithelial function and the production of mucin (the components of mucus).
  • Utilize protease enzyme formulas.
  • Consider supplementing with N-acetylcysteine (NAC).

Adequate Hydration is Key

Water is critical to the health of the mucous membranes. يكون المخاط الذي تصنعه الخلايا الظهارية "جافاً" لأنه ليست هناك مساحة كافية في الخلية نفسها. المخاط قادرة على الارتباط بألف ضعف من وزنه ماءً. بدون الماء الكافي، لا يمكنه النمو. أتذكر الألعاب التي تنتفخ؟ تلك الألعاب الصغيرة الرخيصة التي تكبر عندما تضعها في الماء. هذه هي الطريقة التي يتشكل بها المخاط. لذا، فإن وجود كمية كافية من الماء هو أمر مهم لوظيفة المخاط. Humidifiers may help keep the airways moist, but ensuring sufficient hydration from the inside out is critical to proper barrier function. 

Key Nutrients to Support an Effective Mucous Barrier

A deficiency of any essential vitamins and minerals can lead to an altered mucous barrier. تحتاج الخلايا الظهارية إلى إمدادات مستمرة من العناصر الغذائية حتى تتكاثر بشكل صحيح وتؤدي دورها الهيكلي وتصبح قادرة على التصنيع. ليس فقط الموسين هو ما تصنعه هذه الخلايا فحسب، بل تصنع أيضاً العديد من المواد الوقائية الأخرى الضرورية لمكافحة الفيروسات والكائنات الضارة. Taking a multiple vitamin and mineral formula is crucial. Take one that provides at least the recommended dietary intake level for key nutrients like vitamin AC, and DB vitamins; and zinc as these nutrients are especially important. Since most multivitamins now contain beta-carotene as the vitamin A source, I would also recommend taking additional vitamin A in the form of retinol. This form has more direct anti-infective action.

فيتامين (أ)

Vitamin A was the first fat-soluble vitamin to be discovered, but that is not the only reason why it was called “A” – it was given the name to signify its “anti-infective” properties. فيتامين أ مهم للغاية لصحة ووظيفة الأغشية المخاطية. الأفراد الذين يعانون من نقص فيتامين أ هم أكثر عرضة للأمراض المعدية بشكل عام، وللعدوى الفيروسية بشكل خاص. Vitamin A supplementation has been shown to produce significant benefits in improving immune function during viral infections, especially when fighting respiratory tract viruses. 

Dosage ranges for vitamin A reflect the intent of use. لدعم صحة الغشاء المخاطي والجهاز المناعي خلال أشهر البرد والإنفلونزا، تكون جرعة 3000 ميكروغرام (10000 وحدة دولية) للرجال و 1500 ميكروغرام (5000 وحدة دولية) للنساء آمنة. أثناء العدوى الفيروسية الحادة، تكون جرعة فموية واحدة تبلغ 15000 ميكروغرام أو 50,000 وحدة دولية لمدة يوم أو يومين آمنة طالما أن احتمالات الحمل تساوي الصفر. نظراً لأن الجرعات العالية من فيتامين أ أثناء الحمل يمكن أن تسبب عيوب خلقية، يجب ألا تتناول النساء في سن الإنجاب أكثر من 1500 ميكروغرام (5000 وحدة دولية) من فيتامين أ يومياً. The same warning applies during lactation.

فيتامين (د)

Vitamin D is also important to take a little extra of than what is typically found in a multiple vitamin and mineral formula. هناك شواهد علمية متنامية تُظهر أن انخفاض مستويات فيتامين د يزيد من خطر التهابات الجهاز التنفسي الفيروسية. نظراً لأنه يمكننا إنتاج فيتامين د في بشرتنا عندما تتفاعل مع ضوء الشمس، من الواضح أن هناك ميلاً طبيعياً للعديد من الناس لإنتاج فيتامين د بكميات أقل خلال أشهر الشتاء. Supplementing the diet with additional vitamin D can help prevent this winter-time drop in vitamin D levels. 

خلال أشهر الشتاء، يوصي معظم خبراء فيتامين د بأخذ 5000 وحدة دولية في اليوم للبالغين والأطفال فوق سن 10 سنوات. For children under the age of 1 year the dosage is 1,000 IU; for children between the ages of 2-4 years 2,000 IU; and for children between the ages of 4 through 9 the suggested dose is 3000 IU daily. 

Utilize Protease Enzyme Formulas

Certain protease enzymes have shown benefits in improving the composition, physical characteristics, and function of mucus. Proteases are often used in digestive formulas to aid in the breakdown of dietary protein. When taken on an empty stomach away from food, these proteases are absorbed into the bloodstream to exert systemic effects including effects on mucus. 

The best-studied protease is mucolase - a special fungal protease with confirmed actions on respiratory tract mucus. نظرت إحدى الدراسات السريرية في تأثير الماكولاز على المخاط في المرضى الذين يعانون من التهاب الشعب الهوائية المزمن. انقسم المرضى بشكل عشوائي وتناولوا البروتياز أو الدواء الوهمي لمدة عشرة أيام. في حين أن الدواء الوهمي لم يكن له تأثير على المخاط، أنتج الماكولاز تغييرات كبيرة في كل من اللزوجة (السُمك) والمرونة (التمدد) في نهاية العلاج. In fact, the improved mucus structure and function was apparent up to eight days after the end of treatment.

In another ten-day double-blind study, mucolase was shown not only to improve the viscoelasticity of mucus, but also to reduce airway inflammation.  Other proteases like bromelain and serratia peptidase have shown similar effects. يقلل الماكولاز والبروميلين وسيراتيا بيبتيداز من سُمك المخاط بينما يزيد في الوقت نفسه من إنتاج المخاط وكذلك يزيد من النقل الهدبي للمخاط بشكل كبير. التأثير النهائي هو إنتاج مخاط أكثر فاعلية في تحييد الميكروبات ونقلها خارج الجسم. بالإضافة إلى تعزيز التأثيرات الميكانيكية للمخاط، يمكن للبروتياز تمكين عوامل وقائية خاصة داخل المخاط لتحييد الكائنات الدخيلة بشكل أكثر فعالية. Some of the protective factors secreted in mucus are secretory IgA, various white blood cell-derived protease inhibitors that block viruses, nitric oxide, and lactoferrin.

N-Acetylcysteine and Respiratory Health

N-acetylcysteine (NAC) is a sulfur-containing amino acid that has an extensive history of use as a mucus modifying agent to support the respiratory tract. It is also used in the body to form glutathione – the major antioxidant for the entire respiratory tract and lungs. الأشخاص الذين يتعرضون للدخان أو السموم التنفسية الأخرى، والذين يعانون من حالات مرضية مرتبطة بالالتهاب مثل مرض السكري والسمنة والحالات المزمنة الأخرى لديهم مستويات أقل من الجلوتاثيون. NAC supplementation can boost glutathione levels and help protect the lungs and respiratory tract.

NAC يعمل أيضاً على تعديل المخاط. يساعد NAC على تقليل لزوجة إفرازات الشعب الهوائية. وُجد أيضاً أن NAC يعمل على تحسين قدرة الأهداب في الجهاز التنفسي على طرد المخاط، مما يزيد من معدل التنظيف بنسبة 35٪. نتيجة لهذه التأثيرات، يمكن أن يؤدي NAC إلى تحسين وظائف الشعب الهوائية والرئة، والحد من السعال، وتحسين تشبع الأكسجين في الدم عندما يصاب الجهاز التنفسي. لتقليل خطر العدوى وتعزيز مستويات الجلوتاثيون في الرئتين، تكون الجرعة بشكل عام من 500 إلى 1000 مجم يومياً. For use in reducing mucus thickness, the typical dosage is 200 mg three to four times daily.

المراجع

  1. Mathew JL. Vitamin A supplementation for prophylaxis or therapy in childhood pneumonia: a systematic review of randomized controlled trials. Indian Pediatr. 2010 Mar;47(3):255-61.
  2. Teymoori-Rad M, Shokri F, Salimi V, Marashi SM. The interplay between vitamin D and viral infections. Rev Med Virol. 2019 Mar;29(2):e2032.
  3. Braga PC, Moretti M, Piacenza A, Montoli CC, Guffanti EE. Effects of seaprose on the rheology of bronchial mucus in patients with chronic bronchitis. A double-blind study vs placebo. Int J Clin Pharmacol Res. 1993;13(3):179-85.
  4. Moretti M, Bertoli E, Bulgarelli S, et al. Effects of seaprose on sputum biochemical components in chronic bronchitic patients: a double-blind study vs placebo. Int J Clin Pharmacol Res.1993;13(5):275-80.
  5. Luisetti M, Piccioni PD, Dyne K, et al. Some properties of the alkaline proteinase from Aspergillus melleus. Int J Tissue React. 1991;13(4):187-92.
  6.  Braga PC, Rampoldi C, Ornaghi A, et al.  In vitro rheological assessment of mucolytic activity induced by seaprose. Pharmacol Res. 1990 Sep-Oct;22(5):611-7.
  7. Majima Y, Inagaki M, Hirata K, et al.  The effect of an orally administered proteolytic enzyme on the elasticity and viscosity of nasal mucus.  Arch Otorhinolaryngol.  1988;244(6):355-359.  
  8. Nakamura S, Hashimoto Y, Mikami M, et al. . Effect of the proteolytic enzyme serrapeptase in patients with chronic airway disease. Respirology. 2003 Sep;8(3):316-20.
  9. Shimura S, Okubo T, Maeda S, et al. Effect of expectorants on relaxation behavior of sputum viscoelasticity in vivo. Biorheology. 1983;20(5):677-83.
  10. Kesic MJ, Hernandez M, Jaspers I. Airway protease/antiprotease imbalance in atopic asthmatics contributes to increased influenza A virus cleavage and replication. Respir Res. 2012 Sep 19;13:82.
  11. Santus P, Corsico A, Solidoro P, Braido F, Di Marco F, Scichilone N. Oxidative stress and respiratory system: pharmacological and clinical reappraisal of N-acetylcysteine. COPD. 2014 Dec;11(6):705-1.
  12. Stey C, Steurer J, Bachmann S, Medici TC, Tramer MR. The effect of oral N-acetylcysteine in chronic bronchitis: a quantitative systematic review. Eur Respir J 2000;16(2):253-62.
  13. Grandjean EM, Berthet P, Ruffmann R, Leuenberger P. Efficacy of oral long-term N-acetylcysteine in chronic bronchopulmonary disease: a meta-analysis of published double-blind, placebo-controlled clinical trials. Clin Ther 2000;22(2):209-21.