气道的防御功能
皮肤、消化道和肺形成的界面使人体内部系统与外界环境隔绝，发挥重要的保护作用。为了有效的气体交换，肺内空气与血液之间的生理界面（肺泡毛细血管膜）非常薄，这使肺实质极易受到吸入有害物质的侵犯，发生损伤；而呼吸道和肺泡的防御功能具有重要的保护作用，可预防或减轻这些损害。
（一）有害物质及生物清除系统 有害物质大体分为生物性和化学性两大类，其清除机制有一定差异。
1.生物性有害物质 吸入的细菌、病毒、真菌孢子等大部分病原体，由于其体积足够大（＞5μm），能够沉积于鼻腔-气管的黏液层，通过喷嚏反射或咳嗽反射等被清除。但当病原体负荷较高，尤其是有呼吸道损伤时，一些病原体可进入支气管树，但也可被其中的中性粒细胞、巨噬细胞、淋巴细胞及其他吞噬细胞所清除。若病原体负荷量非常大，而机体局部或全身的免疫功能减退时，则可在支气管树沉积引发气管-支气管炎症；或进一步侵入肺泡引发肺实质炎症。
（1）蛋白酶转运系统：病原体入侵时肺内中性粒细胞被激活，释放弹性蛋白酶、胰蛋白酶等蛋白酶，这些蛋白酶能够高效破坏病原体，但若不加控制，也会损伤肺组织。防止自身损伤的机制有：①蛋白酶首先受阻于黏液层，呼吸道上皮纤毛运动将其推向喉部，被咳出体外。②与血浆中的α1抗胰蛋白酶（α1-AT）结合而失活，结合产物进入肺循环或淋巴系统，与α2巨球蛋白结合，最终转运至肝脏被清除。
（2）α1-AT的作用机制：α1-AT分子处于半稳定状态，含有1个氨基酸环，其末端伸出1对蛋氨酸和丝氨酸残基，成为蛋白酶的“诱饵”，当蛋白酶结合了肽链，α1-AT的结构不再稳定而迅速翻转，使所结合的蛋白酶被翻转到分子的另一侧，蛋白酶被α1-AT的β折叠部分紧紧包裹、挤压，从而改变其发挥生理功能必需的空间构象。
（3）吞噬作用：中性粒细胞一般存在于支气管树的黏膜，当出现炎症反应时，中性粒细胞、巨噬细胞及其他炎症细胞向肺泡毛细血管壁聚集。免疫激活后，这些吞噬细胞形成氧自由基，破坏病原体，该过程消耗大量氧；当然炎症反应过度也会损伤肺组织。
2.化学性有害物质 可发生吸入性化学损伤，影响因素主要有以下方面。
（1）颗粒大小：与生物性颗粒一样，其大小将直接影响其在肺内沉积的位置，见本章第二节。
（2）水溶性：化学物质一旦进入肺组织，其水溶性将决定其在肺内的清除速率。一般而言水溶性物质更多进入血液循环，比脂溶性物质的清除消耗更多时间。
（3）浓度：由于肺的代谢活动易被饱和，故吸入物浓度过高将容易超过机体的清除能力，是机体发病的重要影响因素。
（4）代谢：对动物的肺内代谢有大量的研究，但由于物种差异性大，对人体了解较少，不少动物试验结果不一定适合人体。总体而言，呼吸道黏膜上皮细胞和肺泡细胞均有代谢作用，其中主要为克拉拉细胞和Ⅱ型肺泡上皮细胞。肺内代谢过程同肝脏基本一致。第一步是通过氧化反应使毒物分子转化为其他化合物，这一过程借助于细胞色素P450单加氧酶，更确切地说是以核黄素为基础的单加氧酶系统。肺是肝外通过细胞色素P450进行氧化反应的主要器官，其活性也逊于肝脏。第二步是代谢产物与载体分子相结合，进一步降低其生物活性，提高水溶性，从而更易排泄。在肺内，该步骤一般与葡萄糖苷酸或谷胱甘肽结合。
对吸入性化合物的代谢并非完全对人体有利，尤其是对一些合成有机化合物和吸烟过程中产生的化合物，其中第一步可将一些原本无害的化合物转化为强效致癌物。
（二）呼吸器官的物理清除系统 从鼻腔到肺泡的整个呼吸道（肺泡也可视为呼吸道的一部分）都有防御功能，对吸入空气中的颗粒、病原微生物进行清除；也可对呼吸道产生的分泌物等进行清除。当然不同部位的物理清除功能有不同的特点。
1.鼻腔 分鼻前庭和固有鼻腔2个部分。(https://www.daowen.com)
（1）鼻前庭：是前鼻孔与固有鼻腔之间的空腔，其表面覆有皮肤与皮下组织，鼻前庭内膜上有粗短的鼻毛和皮脂腺，两者对尘埃和异物有一定的防御作用。
（2）固有鼻腔：简称鼻腔，其容积约20 mL，内有3个突出的鼻甲：上鼻甲、中鼻甲和下鼻甲，3个鼻甲上曲折的黏膜使鼻腔的表面积明显增加，约为160 cm2，可以有效保障吸入气与鼻黏膜的充分接触；鼻腔黏膜以下、中鼻甲游离缘和前后端及接近鼻中隔处黏膜最厚，具有丰富的静脉丛构成的海绵状组织，易于扩张和收缩，是调节吸入气体温度和湿度的重要因素，这些解剖结构特点可有效保障鼻腔对吸入气体的净化、加温、湿化。中鼻甲下缘以下部分黏膜为假复层柱状纤毛上皮，纤毛主要由前向后朝鼻咽部运动，将进入的异物经咽部排出；黏膜中含有丰富的黏液腺、浆液腺、混合型腺和杯状细胞，能产生大量分泌物，使黏膜表面覆以一层黏液毯，随纤毛不断移动（与气管黏膜相似）；与鼻腔内的鼻毛共同阻止异物及尘埃吸入。鼻腔内狭窄而凹凸不平的特点也使气体进入鼻腔后形成湍流，增加异物或尘埃在鼻腔内的降落机会，进一步增强鼻腔对气体的净化作用。95%～98%直径≥15μm 的微粒在鼻腔内被清除。
（3）喷嚏反射：人在清醒时鼻黏膜或外耳道受到刺激产生的冲动，通过三叉神经传入延髓中枢，引发深吸气动作，然后爆发性呼气，高速气流经鼻腔喷出，以排除刺激物，称为喷嚏反射，是鼻腔清除经上述多种环节过滤、吸附的颗粒物或分泌物的主要途径。
2.咽喉部 是鼻腔和气管的连接部，是将鼻腔后部和气管内异物、分泌物经口腔排出的关键部位。
3.气管-支气管
（1）呼吸道黏膜和黏液纤毛转移系统：从气管到终末细支气管存在着黏液纤毛装置，包括上皮细胞的纤毛、黏膜细胞、黏膜下腺体以及覆盖在上皮表面的液体层。纤毛细胞的功能是将分泌物推向喉部；分泌细胞产生的黏液、浆液具有湿润和阻挡粉尘等入侵的作用。
气道内黏液主要由杯状细胞和黏液下腺分泌，连续铺盖在上皮表面形成黏液毯。吸入气中直径超过10μm 的粉尘或颗粒主要被阻挡在鼻腔；直径＜0.3μm 的颗粒可悬浮在吸入气中，被重新呼出体外；直径介于两者之间的颗粒则沉积在不同级段的气道黏液毯上，通过纤毛运动运输至气管，随咳嗽反射排除；鼻腔黏膜向后运动，汇集于咽部，也容易被咳出。
每个细胞约有200 条纤毛，长度6μm，直径0.3μm。相邻细胞的纤毛协同摆动，摆动频率达17 Hz，黏液毯的移动速度可达20 mm／min，清除速度相当迅速。
肺泡和呼吸性细支气管没有纤毛，但表面有黏液，与传导气道的黏液相连，故其表面颗粒或分泌物也可通过传道性气道的纤毛摆动而逐渐排出。
（2）肺巨噬细胞：存在于呼吸道、肺泡和肺间质内，其主要作用之一是清除入侵的细菌、粉尘、衰老的细胞、失活的肺表面活性物质等。肺泡腔内吞噬异物后的巨噬细胞称为尘细胞。
巨噬细胞移向异物后，将异物吸附在细胞膜上；细胞膜对Na+的通透性增高，细胞膜去极化，导致Ca2+内流和细胞内Ca2+释放，胞浆内Ca2+浓度增高，引起微丝收缩，细胞变形，包绕异物，继而通过入胞或胞饮将异物吞入细胞质。
尘细胞游走至呼吸道后，可随黏液一起被清除出体外；也可通过胞内化学作用清除。巨噬细胞的溶酶体含有多种酶，能分解被吞噬的病原体、异物；还具有免疫功能，能产生氧自由基，杀伤入侵的病原体。被激活的吞噬细胞还参与炎症反应，产生活性代谢产物，加强清除病原体和异物的作用。
（3）咳嗽反射：咳嗽感受器分布广泛，但主要分布在喉、气管、支气管，机械性（如粉尘、分泌物）或化学性刺激引发冲动，经传入神经传至延髓咳嗽中枢，引发吸气肌快速收缩，肺容积增大至肺总量的85%～90%；声门短暂关闭，约持续0.2 s，呼气肌（主要是腹肌）剧烈收缩，胸腔内压、肺内压急剧升高；声门突然开放，高速气流冲出气道，具有强大的清除异物、分泌物的作用。
气道内黏附、纤毛摆动和咳嗽反射是清除气道内异物的主要机制，巨噬细胞的吞噬作用则是清除肺泡内异物的主要机制。