Airway clearance in the normal lung
Die normale Lunge wird durch verschiedene Mechanismen von Verschmutzung, Staub und Fremdpartikeln befreit (Abb. 1). 1), darunter:
die mukoziliäre Rolltreppe, auch bekannt als mukoziliäre Clearance (MCC)
Husten
alveoläre Makrophagen
Abb. 1 Abwehrmechanismen der Atemwege
Mukoziliäre Rolltreppe
Unter normalen Umständen werden täglich etwa 20-30 ml Sekret in den Atemwegen produziert. Diese Sekrete, die zum Schutz der Atemwege vor Fremdkörpern notwendig sind, werden von der mukoziliären Rolltreppe ausgeschieden und geschluckt. Wenn die Schleimmenge diese Menge übersteigt, ist ein Husten notwendig, um die Atemwege von dem Schleim zu befreien.
Die mukoziliäre Rolltreppe bedeckt den größten Teil der Bronchien, Bronchiolen und der Nase. Sie besteht aus zwei grundlegenden Teilen:
Schleimproduzierende Becherzellen:
Der normale Schleimfilm besteht aus zwei Schichten – der Solschicht und der Gelschicht (Abb. 2). Die oberflächliche Gelschicht, die von den Becherzellen produziert wird, ist eine klebrige, mukoide Substanz, die Chemikalien, Antikörper und Immunzellen enthält, um Bakterien und Viren zu zerstören. Dies hilft, die darunter liegenden Zellen zu schützen, und die klebrige Substanz unterstützt das Einfangen und Entfernen von eingeatmeten Fremdkörpern.
Abbildung 2 Auskleidung der Atemwege
Flimmerepithel:
Das Epithel der Bronchialwand ist mit mikroskopisch kleinen, haarähnlichen Strukturen ausgekleidet, die als Flimmerhärchen bezeichnet werden und von einem dünnen Flüssigkeitsfilm, der sogenannten Solschicht, umgeben sind. Diese beweglichen Flimmerhärchen haben eine kontinuierliche, rhythmische Schlagbewegung, die Sekrete von den peripheren zu den zentralen Atemwegen über die Luftröhre zum Rachen befördert, wo sie geschluckt oder abgehustet werden (daher der Begriff „Rolltreppe“).
Diese Schicht ist weniger viskos als die Gelschicht, so dass die Flimmerhärchen frei schlagen können. Bei der Vorwärtsbewegung berühren die Zilienspitzen die Gelschicht und treiben sie stromabwärts in Richtung Mund.
Diese Schleimbewegung bewegt sich in den peripheren Atemwegen mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 mm pro Minute und reinigt die gesunde Lunge in weniger als 24 Stunden.
Die mukoziliäre Rolltreppe ist eine wichtige Barriere gegen Infektionen. In der gesunden Lunge können Mikroorganismen (etwa 100.000 Bakterien pro Tag) durch diesen Mechanismus wirksam beseitigt werden.
Wenn die mukoziliäre Rolltreppe versagt, erhöht sich das Risiko, dass die normalen und potenziell pathogenen Bewohner der Nase, des Rachens und des hinteren Teils des Mundes (Nasopharynx) in die Lunge gelangen. The upper airways are home to a diverse microbiota whereas the lower airways, in the healthy lung, are effectively sterile.
Factors inhibiting the mucociliary escalator include:
congenital defects of cilia such as Primary Cilial Dyskinesia (PCD)
cigarette smoke (causes paralysis of the cilia)
dust and pollution
inhalation of toxic gases such as sulphur dioxide (causes paralysis of the cilia)
chronic respiratory diseases such as bronchiectasis where there is damage to the epithelium and the cilia are destroyed
changes in the character of mucus, caused by disease or dehydration
volume of secretions so great that the system is overloaded (bronchiectasis, cystic fibrosis)
low levels of humidity (such as aircraft)
Cough
Cough, der entweder freiwillig oder reflexartig ausgelöst werden kann, ist eine explosive Ausatmung, die einen normalen, wirksamen Schutzmechanismus darstellt, um den Tracheobronchialbaum von Sekreten und Fremdkörpern, schädlichen Substanzen und Infektionen aus dem Kehlkopf, der Luftröhre und den größeren Bronchien zu befreien.
Um einen Husten auszulösen, kommt es zu folgendem Ablauf:
Einatmung
Die Stimmritze schließt sich und die Stimmbänder kontrahieren, um den Kehlkopf zu verschließen und die Luft in der Lunge einzuschließen
Die Bauch- und inneren Zwischenrippenmuskeln kontrahieren, wodurch sich der Druck im Brustkorb deutlich erhöht
Die Stimmbänder entspannen sich und die Stimmritze öffnet sich, und die Stimmritze öffnet sich mit einer Geschwindigkeit von über 160 km/h
Durch den schnellen Luftstrom werden Reizstoffe, die sich an der Atemwegsschleimhaut festgesetzt haben, abtransportiert
Das Verschlucken großer Sekretmengen kann zu Übelkeit führen, daher wird im Allgemeinen empfohlen, in ein Taschentuch zu husten. This also enables the patient to monitor the colour and quantity of their sputum and to be aware of the presence of any haemoptysis.
Alveolar macrophages
The mucociliary escalator does not extend to the alveoli. Particles deposited in this region are engulfed by macrophages on the surface of the alveoli. The foreign particles engulfed by these macrophages either move up to join the mucociliary escalator or escape via the lymphatic or venous system.
Normal macrophage activity can be impaired by:
cigarette smoke
alcohol
oxidant gases
alveolar hypoxia
radiation
corticosteroids