Alveolen

Was sind Alveolen

Alveolen sind die kleinen ballonartigen Säcke von 200-500μm Durchmesser ^[1]die einen wichtigen Teil der Atemwege des Menschen ausmachen Lunge. Jede Alveole (Singular) spielt eine wichtige Rolle bei der Übertragung von Sauerstoff und Kohlendioxid in und aus dem Blutkreislauf während der Ein- und Ausatmung ^{[2, 3]}.

Wo befinden sich die Alveolen?

Die Alveolen sind alle miteinander verbunden und bilden den letzten Teil des Bronchialbaums. Ausgehend vom Alveolargang, der sich am Ende jedes Alveolarkanals befindet bronchiole ^[4]Es kann mehrere Alveolen geben, die von einem einzigen Kanal ausgehen und oft in Gruppen auftreten. ^[2].

Wie viele Lungenbläschen befinden sich in jeder Lunge?

Bei einem gesunden Erwachsenen ist die Anzahl der Lungenbläschen in der Lunge liegt zwischen 400 Millionen und 700 Millionen ^{[1, 5]}.

Struktur und Anatomie der Alveolen

Die ballonförmigen Lungenbläschen bedecken eine Fläche von etwa 70 Quadratmetern in der Lungemit dieser großen Oberfläche, die zu einem effizienteren Gasaustausch beiträgt ^[6].

Alveolarepithel

Die einzelligen dicken Wände der Alveolen bestehen aus zwei Zelltypen des distalen Atemwegsepithels (Pneumozyten) ^[7].

Typ-1-Plattenepithelzellen der Alveole: die 95% der Alveolarfläche ausmachen ^[8]Die Zellen des Typs 1 sind extrem dünn und flexibel, um den Prozess der Gasdiffusion zu unterstützen, damit der Sauerstoff-Kohlendioxid-Austausch zwischen den Alveolen und den Kapillaren stattfinden kann. Allerdings sind diese Zellen sehr verletzungsanfällig, da sie nicht in der Lage sind, Mitose (Zellteilung) zu betreiben. ^[9].

Große Alveolarepithelzellen vom Typ 2: Der Rest der 5% der Alveolarfläche ist von großen, quaderförmigen bis runden Epithelzellen des Typs 2 bedeckt, die für die Sekretion des Lungensurfactants verantwortlich sind. ^[8] damit die Lunge ihre elastische Rückstoßeigenschaft beibehalten kann. Obwohl sie nur eine kleine Fläche einnehmen, überwiegen die Epithelzellen vom Typ 2 gegenüber den Plattenepithelzellen ^[1]die 60% der Gesamtzahl der Alveolarzellen ausmachen ^[10]und sind zur Mitose fähig, um neue Typ-1-Zellen zu produzieren, die geschädigte Zellen ersetzen ^[6].

Es gibt eine extrazelluläre Matrix, einen schmalen, mit Flüssigkeit gefüllten Raum, der die Alveolarknäuel umgibt und den einzelnen Bläschen hilft, an ihrem Platz zu bleiben und unabhängig zu funktionieren. ^[6].

Atmungsmembran

Eine dünne Membran, durch die der O₂-CO₂ Austausch stattfindet, besteht die Atmungsmembran aus den Plattenepithelzellen der Alveolen und den Plattenepithelzellen des Lungenkapillarendothels sowie deren verschmolzenen Basismembranen ^[11]. Die Atmungsmembran, die einzige Barriere zwischen der sauerstoffreichen Luft in den Alveolen und dem kohlendioxidreichen Blut in den Kapillaren, ist etwa 0,5 μm dick, im Gegensatz zum Durchmesser von 7,5 μm der Blutzellen, die durch die Kapillaren wandern ^[1].

Histologie der Alveolen

Blutkapillaren

Die Alveolen sind von einem feinen Netz von Blutkapillaren umgeben, die von kleinen Ästen der Lungenarterie versorgt werden. ^[10]. Diese Kapillaren transportieren das CO₂-reiches Blut in die Lunge, um es gegen O₂.

Poren von Kohn

In den Alveolenwänden befinden sich kleine Durchgänge oder Poren, die als Verbindung zwischen benachbarten Alveolen dienen ^[12]. Mit einem Durchmesser von etwa 10 μm lassen sie die Luft zwischen den einzelnen Alveolen hindurch und fungieren als alternativer Weg für die Luft im Falle einer Obstruktion ^[13]. Diese Poren sind von unregelmäßigen retikulären elastischen Fasern gesäumt ^[14].

Alveolärer Totraum

Einige Alveolen nehmen aufgrund einer Schädigung wie einer Infektion, einer Vernarbung oder eines geschwächten Atmungssystems aufgrund des Alters oder bestimmter medizinischer Verfahren nicht am Diffusionsprozess teil. ^[15]. Der in der Luft enthaltene Sauerstoff, der diese Bereiche erreicht, wird nicht mit Kohlendioxid ausgetauscht. Diese Bereiche werden als alveolärer Totraum bezeichnet. ^[6].

Es gibt zahlreiche Makrophagen (eine Art weißer Blutkörperchen), die sich durch die Zwischenräume der Lungenbläschen bewegen, um die Lunge von Staub oder Ablagerungen zu reinigen, die beim Einatmen in die Lunge gelangt sein könnten, und so eine Infektion zu verhindern ^[8].

Was ist die Funktion der Alveolen im Atmungssystem?

Der menschliche Körper braucht Sauerstoff für jede wichtige Zellfunktion, und wenn wir einatmen, nehmen wir dieses lebenswichtige Gas aus unserer Umgebung auf. Doch sobald die Luft in den Körper gelangt, muss der gasförmige Sauerstoff in den Blutkreislauf gelangen, damit er an jede Zelle im Körper weitergeleitet werden kann. Außerdem muss das Kohlendioxid, das der Körper bei der Zellatmung produziert, über die Atemwege ausgeschieden werden, und dazu muss das CO₂ muss aus dem Blut in die Atemwege gelangen. Beides geschieht in den Alveolen ^[16].

Was passiert in den Alveolen beim Gasaustausch?

Jedes Mal, wenn wir einatmen, wandert die eingeatmete Luft durch die Pharynx, Kehlkopfund Luftröhre in die Bronchienin die Lunge durch den Bronchiolen um die Alveolen zu erreichen ^[17]. Die Alveolen sind für den Gasaustausch mit einer großen Oberfläche ausgelegt, wobei jede Alveole eine 1-Zelle dicke Wand und zahlreiche Kapillaren hat, die sie bedecken ^[18]. Diese Kapillaren sind ebenfalls 1-Zelle dick ^[19], wobei eine Barriere von weniger als 1 μm zwischen der sauerstoffhaltigen Luft und dem Blutstrom verbleibt ^[20].

Die O₂ und CO₂ Der Austausch in den Alveolen erfolgt durch Diffusion, bei der sich Gas von einem Hochdruckgebiet in ein Niederdruckgebiet bewegt, um den Luftdruck in den beiden Regionen ohne äußere Kraft oder Energie auszugleichen. ^[21]. Wenn die eingeatmete Luft die Alveolen erreicht, geht der Sauerstoff aufgrund des niedrigen Sauerstoffpartialdrucks in den Alveolen in das Blut über. Das Kohlendioxid hingegen geht in einen niedrigen CO₂ Druckbereich in den Alveolen aus einem hohen CO₂ Druckbereich in den Kapillaren ^{[22, 23]}.

Die Rolle der Alveolen bei der Tensidproduktion

Die Hauptaufgabe der Alveolarzellen vom Typ 2 ist die Produktion von Tensiden, einer Flüssigkeit, die jede Alveole auskleidet und dazu beiträgt, ihre Form und Oberflächenspannung aufrechtzuerhalten. ^[24]und verhindert so, dass sie während der Atmung kollabieren. Dieser oberflächenaktive Lipoproteinkomplex wirkt nach dem Laplace'schen Gesetz der Oberflächenspannung, um den elastischen Rückstoß der Alveolen, der kleineren Bronchiolen und damit auch die gesamte Lunge ^{[3, 6]}.

Assoziierte Bedingungen

Atelektase: Bei der Atelektase handelt es sich um eine Atemwegskomplikation, die häufig nach größeren Operationen, die eine Anästhesie erfordern, auftritt und einen teilweisen oder vollständigen Kollaps der Lunge aufgrund einer Entleerung der Lungenbläschen bedeutet. Zu den Symptomen gehören Husten und Kurzatmigkeit, wobei das Problem in leichteren Fällen von selbst wieder verschwindet, sobald die Alveolen wieder normal funktionieren und die Wirkung der Anästhesie nachlässt. In schweren Fällen mit Grunderkrankungen wie Blutgerinnseln oder Tumoren kann ein chirurgischer Eingriff erforderlich sein. ^[25].

Emphysem: Das Emphysem, eine der beiden Erkrankungen, die zusammen als chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) bezeichnet werden, ist eine fortschreitende Atemwegserkrankung, bei der die Atmung aufgrund einer Überblähung der Lungenbläschen erschwert wird. ^[26]wo sie nicht mehr richtig funktionieren. Dies führt schließlich dazu, dass die Lungenbläschen ihre Elastizität verlieren, was zu dauerhaften Atemproblemen führt ^[27]. Diese Vergrößerung der Lungenbläschen ist bei Rauchern weit verbreitet und wird mit Medikamenten, Sauerstofftherapie und Atemübungen behandelt. ^[28].

Lungenentzündung: Eine akute bakterielle oder virale Atemwegsinfektion, die eine Entzündung mit Flüssigkeits- oder Eiteransammlung in den Lungenbläschen (Ödeme) verursacht ^{[29, 30]}Dadurch wird der Prozess der Sauerstoffaufnahme unterbrochen, was das Atmen erschwert. Die Behandlung dieser potenziell lebensbedrohlichen Erkrankung umfasst in der Regel den Einsatz von antibakteriellen Medikamenten ^[31].

Pulmonale Fibrose: Es handelt sich um eine idiopathische Erkrankung, die durch Schädigung, Verhärtung und Vernarbung der Lungenbläschen und des sie umgebenden Lungengewebes gekennzeichnet ist und zu chronischen Atembeschwerden führt, die sich mit der Zeit verschlimmern. Sie wird in der Regel mit Medikamenten und Steroiden behandelt, aber in seltenen, schweren Fällen kann eine Lungentransplantation erforderlich sein. ^[32].

Ruptur der Alveolen: Dies kann als Komplikation einer Vollnarkose auftreten, wobei die Behandlung oder das Management von der zugrundeliegenden Ursache und etwaigen Begleitumständen abhängt ^[33].

Alveoläre Kapillardysplasie (angeborene Störung): Die alveoläre Kapillardysplasie, bei der die Lungenvenen zum Zeitpunkt der fötalen Entwicklung falsch ausgerichtet sind, ist eine seltene angeborene Fehlbildung, die innerhalb weniger Stunden nach der Geburt zu schweren, möglicherweise tödlichen Atemproblemen führt, wobei die Sterblichkeitsrate fast 100% beträgt ^[34].