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Das Reinigungssystem der Atemwege Übersicht
MMP
Abb. 2. Darstellung der Sekretbildung und -ausscheidung in den
Becherzellen des Oberflächenepithels der Bronchialschleimhaut.
Die klebrige Sekretmasse (gelbe Pfeile) ist auf dem Epithel in Höhe der
Zilienspitzen in Plaques angeordnet und wird durch die in einer wässrigen
Solphase gerichtet schlagenden Zilien verschoben. Zwischen
den Zilien in der Solphase befindet sich Surfactant-Schaum, auf dem
der klebrige Schleim der Gelphase gleitet (rote Pfeile). [© Boehringer
Ingelheim GmbH, Grafik: G.Pucher, Wien]
Das Bronchialsekret – Bildung und
Eigenschaften
Etwa 20 % des mukösen Bronchialsekrets entstehen in den
Becherzellen des Bronchialepithels (Abb. 2) in Form blasiger,
von Membranen umgebenen Transportvesikeln. Nach
einem intrazellulären Reifungsprozess öffnet sich die Zellmembran
und entleert das Sekret auf die Zelloberfläche, also
in das Bronchiallumen.
80 % des mukösen Bronchialsekrets stammen aus den peribronchialen
Drüsen, die unterhalb des Oberflächenepithels
der Bronchien und zum Teil zwischen der Bronchialmuskulatur
liegen (Abb. 1, auch Abb. 7) [13, 25]. Sie sind mit
„serösen“ und „mukösen“ Epithelzellen ausgekleidet, die
unterschiedliche Stadien der Sekretreifung darstellen. Der
Reifegrad bestimmt wesentlich die viskoelastischen Eigenschaften
des Schleims und damit die Fließfähigkeit und die
Fähigkeit zum Transport auf der Schleimhautoberfläche [17].
Die peribronchialen Drüsen sind über Gänge mit der Epitheloberfläche
verbunden, auf der sie ihr Sekret ausscheiden.
Diesem Sekret werden während seiner Reifung Enzymkomplexe
zugefügt, die in den Epithelzellen gebildet werden und
als Teil der chemischen Abwehr toxisch wirkender Substanzen
aus der Atemluft eine besondere Bedeutung haben.
In den Endabschnitten des Bronchialsystems entsteht außerdem
in den Pneumozyten Typ II der Alveolen ein oberflächenaktives
Substanzgemisch, das Surfactant [14], eine
Emulsion aus Phospholipiden, Polysacchariden und Proteinen
(Abb. 3). Es dient primär bei der Atmung dazu, die in den
Alveolen bestehende Oberflächenspannung zwischen Luft
und Gewebe herabzusetzen und so die Entfaltung der Alveolen
bei der Einatmung zu ermöglichen [27]. Eine geringe
Menge Surfactant wird bei jedem Atemzug in das Bronchialsystem
verschoben, wo es eine schaumige Struktur annimmt.
Es breitet sich auf einer dünnen, wasserreichen Flüssigkeitsschicht
über den Epithelzellen aus, vermischt sich mit den
Sekreten der serösen peribronchialen Drüsenzellen und liegt
Abb. 3. Übergang von der Alveole, in der die Gasdiffusion durch
das Epithel in das Blut in den Alveolarkapillaren stattfindet, zum
Bronchialsystem. Über den Alveolargang besteht die Verbindung
zum Bronchiolus terminalis mit der typischen Epithelstruktur. Das in
den Pneumozyten Typ II (weiße Pfeile) gebildete Surfactant wird in der
Übergangszone bei der Ventilation in die Bronchioli verschoben und
in einen schaumartigen Teppich umgewandelt (roter Pfeil), auf dem
das Sekret in den Bronchien gleitet. [© Boehringer Ingelheim GmbH,
Grafik: G.Pucher, Wien]
dann direkt der Bronchialschleimhaut auf. Dieser solförmige
Surfactantschaum bildet eine Gleitschiene für den darüber
angeordneten zähen mukösen Schleim (Abb. 5) [12, 16, 18].
Der Sekrettransport – eine „Rolltreppe“
Der kontinuierliche Abtransport der mukösen Schleimschicht
erfolgt durch die in Richtung Rachen gerichtete Bewegung
der Zilien auf der Epitheloberfläche. Sie schlagen peitschenförmig
in der Surfactantschicht etwa 750-mal pro Minute und
verschieben dabei die aufliegende Schleimschicht. Die streng
synchronisiert ablaufende Bewegung gewährleistet einen
kontinuierlichen Transportmechanismus, der an eine Rolltreppe
erinnert. Die Geschwindigkeit nimmt in Richtung Rachen
zu und erreicht bis zu 14 mm pro Minute. Die Solphase
des Schleims bleibt dabei weitestgehend stationär.
Der gesamte Transportmechanismus kann nur funktionieren,
wenn die Schichthöhe der Solphase etwas geringer als die Zilienlänge
ist. Nur so können sich die Zilien frei bewegen und
mit ihren Spitzen die muköse Sekretschicht von unten erreichen.
Dafür sorgt das Surfactant als eine Art Abstandshalter
durch seine blasige Anordnung. Hierzu muss das Surfactant
in ausreichender Menge zur Verfügung stehen, damit weder
die muköse Sekretphase zwischen die Zilien absinkt und sie
blockiert, noch eine zu hohe Solschicht die Zilien entkoppelt
und ins Leere schlagen lässt.
Die Effektivität des komplexen Transportablaufs ist also
daran gebunden, dass sich folgende Komponenten in einem
ausgewogenen Gleichgewicht befinden:
● die Zusammensetzung und Menge der gebildeten Sekrete,
● ihre viskoelastischen Eigenschaften,
● die Höhe der dünnflüssigen Sekretphase auf dem Epithel
sowie
● die Anwesenheit oberflächenaktiver Substanzen an der
Unterseite der eigentlichen Sekretschicht und in der Solphase.
MMP 32. Jahrgang 2/2009 43