人每天吸入的空气在10，000L以上，其中可能含有大量微生物、有害的粉末或毒物，这些可成为肺部炎症、肿瘤及全身性疾病的原因。所幸的是肺和呼吸道的防御功能可将这些致病因子排出、灭活及清除。当吸入的致病因子过多或作用过强，或肺的防御功能降低时，就可能发生疾病。
呼吸系统的防御功能包括非特异性防御和特异性防御。
(1)非特异性防御机制
吸入空气中悬浮的固体颗粒和有害气体，一部分随呼气运动呼出，一部分沉积于呼吸道或肺泡上皮表面，由防御机制将其清除。
固体悬浮物的清除：粗大颗粒被鼻毛阻拦在鼻前庭，颗粒沉积的部位与颗粒的大小、形状和重量等有关。以球形颗粒为例，直径大于5μm的颗粒多沉积在上呼吸道，尤其是鼻咽部。因为吸气时上呼吸道流速大，颗粒向前运动的惯性也大，鼻咽部气道做急转弯，颗粒就碰撞和粘着于咽后壁，以后被吞咽或咳出。更小的颗粒，尤以直径为1～5μm者，多沉在5级分支以下的支气管。因在小支气管中气体流速较慢，颗粒可因重力作用而沉积并粘着于管壁。极细小颗粒，主要是小于1μm者，可进入终末呼吸单位，由于布氏运动碰撞并粘着于肺泡壁。
气管、支气管上皮具有粘液纤毛。人类气道每个纤毛细胞约有200支纤毛。纤毛向喉部方向快速摆动，回摆为慢速，如此将粘液向咽部运送。纤毛上面的粘液分两层，内层为溶胶，随纤毛摆动而运动，外层为不吸水的凝胶，具有防止内层液体蒸发的作用。粘着在气道粘膜上的颗粒由粘液纤毛装置运送至咽部后被吞咽或咳出。运送的速度，在气管内为5～20mm/min，在小气管为0.5～1mm/min。
进入肺泡的颗粒的清除主要靠肺泡巨噬细胞。肺泡巨噬细胞将异物吞噬后，可通过溶酶体酶将其分解清除。有的颗粒如S3O2非但不被消化，反而能毒死细胞。带有未被消化的颗粒的巨噬细胞可能移行到具有纤毛的细支气管，再由粘液纤毛运动向外输送。输送至咽部的颗粒或巨噬细胞多被吞咽入胃。部分带有吞噬颗粒的肺泡巨噬细胞进入肺泡间隔，有的又移行入终末细支气管，由粘液纤毛运动排出，有的进入淋巴管，输送至淋巴结，甚至有的可进入血液。通常输入肺门淋巴结的巨噬细胞是极少的。肺泡巨噬细胞除具有上述“清洁工”的功能外，还能合成补体、干扰素、趋化物、肿瘤坏死因子、花生四烯酸，代谢产生血小板活化因子、成纤维细胞激活因子等。
呼吸道除具有物理屏障作用以外，还有化学性屏障功能。呼吸道分泌物中含有溶菌酶、补体等非特异性免疫因子，可杀灭吸入的微生物；α1抗胰蛋白酶可减少蛋白酶对组织的损害。
有害气体的清除：有刺激性的气体和固体悬浮物均可刺激呼吸道粘膜，反射性地引起喷嚏、咳嗽，将之排出。易溶于水的成分易被呼吸道粘膜吸收，如低浓度的二氧化硫可由鼻粘膜全部吸收。溶解度低的成分在呼吸道吸收较少，吸入肺泡后可大量被吸收。因为肺泡面积大，故呼吸量多。有毒气体的吸收可造成细胞损伤，甚至全身性中毒，例如长时间吸入高浓度氧可引起氧中毒；SO2、NH3和Cl2等气体的吸入可引起支气管炎和肺水肿。
(2)特异性防御机制
抗原作用于呼吸道，数小时仅可引起呼吸道局部的免疫反应，抗原量大时可引起全身性免疫反应。在上呼吸道形成的免疫球蛋白主要是分泌型IgA，可能具有中和病毒与毒素、凝集微生物 ，以及减少细菌与上皮表面附着等作用。支气管肺泡洗出液中的免疫球蛋白与血清中免疫球蛋白成分相仿，主要是IgG。洗出的淋巴细胞主要是T细胞。但呼吸系统对付微生物的主要效应细胞是巨噬细胞，而不是T细胞。特异性防御机制中也必须有巨噬细胞的作用，巨噬细胞将抗原(胸腺依赖性抗原)吞噬并进行处理后，将抗原信息传递给T细胞，才引起特异性免疫反应。T细胞产生的淋巴因子又能吸引和激活巨噬细胞，被激活的巨噬细胞杀菌能力增强却是非特异性的，如在结核病中被激活的巨噬细胞不仅对结核菌，对其他细菌的作用也增强。
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