LUNGENALVEOLEN: EIGENSCHAFTEN, FUNKTIONEN, ANATOMIE - ANATOMIE UND PHYSIOLOGIE - 2025

Die Lungenalveolen sind kleine Säcke in der Lunge von Säugetieren, die von einem Netzwerk von Blutkapillaren umgeben sind. Unter einem Mikroskop kann in einer Alveole das Lumen der Alveole und ihrer Wand, die aus Epithelzellen besteht, unterschieden werden.

Sie enthalten auch Bindegewebsfasern, die ihnen ihre charakteristische Elastizität verleihen. Im Alveolarepithel können flache Zellen vom Typ I und würfelförmige Zellen vom Typ II unterschieden werden. Seine Hauptfunktion besteht darin, den Gasaustausch zwischen Luft und Blut zu vermitteln.

Während des Atmungsprozesses gelangt Luft durch die Luftröhre in den Körper, wo sie zu einer Reihe von Tunneln in der Lunge gelangt. Am Ende dieses komplizierten Netzwerks von Röhren befinden sich die Alveolarsäcke, in die Luft eindringt und von Blutgefäßen aufgenommen wird.

Bereits im Blut wird der Luftsauerstoff von den übrigen Bestandteilen wie Kohlendioxid getrennt. Diese letzte Verbindung wird durch den Ausatmungsprozess aus dem Körper ausgeschieden.

Allgemeine Charakteristiken

In der Lunge befindet sich ein schwammig strukturiertes Gewebe, das aus einer relativ hohen Anzahl von Lungenalveolen besteht: 400 bis 700 Millionen in den beiden Lungen eines gesunden erwachsenen Menschen. Die Alveolen sind sackartige Strukturen, die innen von einer klebrigen Substanz bedeckt sind.

Bei Säugetieren enthält jede Lunge Millionen von Alveolen, die eng mit dem Gefäßnetzwerk verbunden sind. Beim Menschen liegt die Lungenfläche zwischen 50 und 90 m ² und enthält 1000 km Blutkapillaren.

Diese hohe Anzahl ist wichtig, um die erforderliche Sauerstoffaufnahme sicherzustellen und somit in der Lage zu sein, den hohen Metabolismus von Säugetieren zu erfüllen, hauptsächlich aufgrund der Endothermie der Gruppe.

Atmungssystem bei Säugetieren

Luft tritt durch die Nase ein, insbesondere durch die "Nasenlöcher"; Dieser gelangt in die Nasenhöhle und von dort zu den mit dem Pharynx verbundenen inneren Nasenlöchern. Hier laufen zwei Wege zusammen: der Atemweg und der Verdauungstrakt.

Die Glottis öffnet sich zum Kehlkopf und dann zur Luftröhre. Dies ist in zwei Bronchien unterteilt, eine in jeder Lunge; Die Bronchien teilen sich wiederum in Bronchiolen, die kleinere Röhrchen sind und zu den Alveolarkanälen und Alveolen führen.

Eigenschaften

Die Hauptfunktion der Alveolen besteht darin, den für Atmungsprozesse wichtigen Gasaustausch zu ermöglichen, damit Sauerstoff in den Blutkreislauf gelangen und zu den Geweben des Körpers transportiert werden kann.

In gleicher Weise sind die Lungenalveolen an der Entfernung von Kohlendioxid aus dem Blut während des Ein- und Ausatmens beteiligt.

Anatomie

Die Alveolen und Alveolarkanäle bestehen aus einem sehr dünnen einschichtigen Endothel, das den Austausch von Gasen zwischen der Luft und den Blutkapillaren erleichtert. Sie haben einen ungefähren Durchmesser von 0,05 und 0,25 mm, umgeben von Kapillarschleifen. Sie sind abgerundet oder polyedrisch.

Zwischen jeder aufeinanderfolgenden Alveole befindet sich das interalveoläre Septum, die die gemeinsame Wand zwischen beiden ist. Der Rand dieser Septen bildet die Basalringe, die von glatten Muskelzellen gebildet und vom einfachen quaderförmigen Epithel bedeckt werden.

Im äußeren Teil einer Alveole befinden sich die Blutkapillaren, die zusammen mit der Alveolarmembran die Alveolen-Kapillarmembran bilden, den Bereich, in dem der Gasaustausch zwischen der in die Lunge eintretenden Luft und dem Blut in den Kapillaren stattfindet.

Aufgrund ihrer besonderen Organisation erinnern die Lungenalveolen an eine Wabe. Sie bestehen außen aus einer Wand aus Epithelzellen, die Pneumozyten genannt werden.

Begleitend zur Alveolarmembran befinden sich Zellen, die für die Abwehr und Reinigung der Alveolen verantwortlich sind und als Alveolarmakrophagen bezeichnet werden.

Zelltypen in den Alveolen

Die Struktur der Alveolen ist in der Literatur ausführlich beschrieben worden und umfasst die folgenden Zelltypen: Typ I, der den Gasaustausch vermittelt, Typ II mit Sekretions- und Immunfunktionen, Endothelzellen, Alveolarmakrophagen, die daran beteiligt sind Abwehr- und interstitielle Fibroblasten.

Typ I-Zellen

Typ I-Zellen zeichnen sich dadurch aus, dass sie unglaublich dünn und flach sind, vermutlich um den Gasaustausch zu erleichtern. Sie kommen in ca. 96% der Oberfläche der Alveolen vor.

Diese Zellen exprimieren eine signifikante Anzahl von Proteinen, einschließlich T1-α, Aquaporin 5, Ionenkanälen, Adenosinrezeptoren und Genen für die Resistenz gegen verschiedene Arzneimittel.

Die Schwierigkeit, diese Zellen zu isolieren und zu kultivieren, hat ihre eingehende Untersuchung behindert. Eine mögliche Funktion der Homoskopie in der Lunge wird jedoch erhöht, wie der Transport von Ionen, Wasser und die Beteiligung an der Kontrolle der Zellproliferation.

Der Weg, um diese technischen Schwierigkeiten zu überwinden, besteht darin, die Zellen mit alternativen molekularen Methoden zu untersuchen, die als DNA-Mikroarrays bezeichnet werden. Mit dieser Methode konnte geschlossen werden, dass Typ I-Zellen auch am Schutz vor oxidativen Schäden beteiligt sind.

Typ II-Zellen

Typ-II-Zellen haben eine quaderförmige Form und befinden sich bei Säugetieren normalerweise in den Ecken der Alveolen, wobei sie nur in 4% der verbleibenden Alveolaroberfläche gefunden werden.

Seine Funktionen umfassen die Produktion und Sekretion von Biomolekülen wie Proteinen und Lipiden, die Lungensurfactants bilden.

Lungensurfactants sind Substanzen, die hauptsächlich aus Lipiden und einem kleinen Teil Protein bestehen und dazu beitragen, die Oberflächenspannung in den Alveolen zu verringern. Das wichtigste ist Dipalmitoylphosphatidylcholin (DPPC).

Typ-II-Zellen sind an der Immunabwehr der Alveolen beteiligt und sezernieren verschiedene Arten von Substanzen wie Zytokine, deren Rolle die Rekrutierung von Entzündungszellen in der Lunge ist.

Darüber hinaus wurde in mehreren Tiermodellen gezeigt, dass Typ-II-Zellen dafür verantwortlich sind, den Alveolarraum frei von Flüssigkeiten zu halten, und auch am Natriumtransport beteiligt sind.

Interstitielle Fibroblasten

Diese Zellen sind spindelförmig und durch lange Aktinverlängerungen gekennzeichnet. Seine Funktion ist die Sekretion der zellulären Matrix in der Alveole, um ihre Struktur aufrechtzuerhalten.

Auf die gleiche Weise können Zellen den Blutfluss steuern und ihn gegebenenfalls reduzieren.

Alveolarmakrophagen

Die Alveolen beherbergen Zellen mit phagozytischen Eigenschaften, die von Blutmonozyten stammen, die als Alveolarmakrophagen bezeichnet werden.

Diese sind dafür verantwortlich, durch den Prozess der Phagozytose Fremdpartikel wie Staub oder infektiöse Mikroorganismen wie Mycobacterium tuberculosis, die in die Alveolen gelangt sind, zu eliminieren. Außerdem verschlingen sie Blutzellen, die bei Herzinsuffizienz in die Alveolen gelangen könnten.

Sie zeichnen sich durch eine braune Farbe und eine Reihe unterschiedlicher Verlängerungen aus. Lysosomen sind im Zytoplasma dieser Makrophagen ziemlich häufig.

Die Anzahl der Makrophagen kann zunehmen, wenn der Körper eine Herzerkrankung hat, wenn die Person Amphetamine verwendet oder wenn sie Zigaretten verwendet.

Kohn Poren

Es handelt sich um eine Reihe von Poren in den Alveolen in den interalveolären Partitionen, die eine Alveole mit einer anderen kommunizieren und eine Luftzirkulation zwischen ihnen ermöglichen.

Wie findet der Gasaustausch statt?

Der Gasaustausch zwischen Sauerstoff (O ₂ ) und Kohlendioxid (CO ₂ ) ist der Hauptzweck der Lunge.

Dieses Phänomen tritt in den Lungenalveolen auf, wo sich Blut und Gas in einem Mindestabstand von ungefähr einem Mikrometer treffen. Dieser Prozess erfordert zwei ordnungsgemäß gepumpte Leitungen oder Kanäle.

Eines davon ist das Gefäßsystem der Lunge, das von der rechten Region des Herzens angetrieben wird und gemischtes venöses Blut (bestehend aus venösem Blut aus dem Herzen und anderen Geweben durch den venösen Rückfluss) in die Region sendet, in der es im Austausch auftritt.

Der zweite Kanal ist der Trachebronchialbaum, dessen Belüftung von den am Atmen beteiligten Muskeln angetrieben wird.

Im Allgemeinen wird der Transport eines Gases hauptsächlich durch zwei Mechanismen gesteuert: Konvektion und Diffusion; Das erste ist reversibel, das zweite nicht.

Gasaustausch: Partialdrücke

Wenn Luft in die Atemwege gelangt, ändert sich ihre Zusammensetzung und wird mit Wasserdampf gesättigt. Bei Erreichen der Alveolen vermischt sich die Luft mit der Luft, die vom vorherigen Atemkreislauf übrig geblieben ist.

Dank dieser Kombination sinkt der Partialdruck von Sauerstoff und der von Kohlendioxid. Da der Sauerstoffpartialdruck in den Alveolen höher ist als im Blut, das in die Kapillaren der Lunge gelangt, gelangt Sauerstoff durch Diffusion in die Kapillaren.

In ähnlicher Weise ist der Partialdruck von Kohlendioxid in den Kapillaren der Lunge höher als in den Alveolen. Daher gelangt Kohlendioxid durch einen einfachen Diffusionsprozess in die Alveolen.

Transport von Gasen vom Gewebe zum Blut

Sauerstoff und erhebliche Mengen Kohlendioxid werden von "Atmungspigmenten" transportiert, einschließlich Hämoglobin, das bei Wirbeltiergruppen am beliebtesten ist.

Das Blut, das für den Sauerstofftransport vom Gewebe zur Lunge verantwortlich ist, muss auch Kohlendioxid aus der Lunge zurücktransportieren.

Kohlendioxid kann jedoch auf anderen Wegen transportiert werden, es kann durch das Blut übertragen werden und sich im Plasma auflösen; Darüber hinaus kann es in Bluterythrozyten diffundieren.

In Erythrozyten wird der größte Teil des Kohlendioxids durch das Enzym Carboanhydrase in Kohlensäure umgewandelt. Die Reaktion läuft wie folgt ab:

CO ₂ + H ₂ O ≤ H ₂ CO ₃ ≤ H ⁺ + HCO ₃ ^-

Die Wasserstoffionen aus der Reaktion verbinden sich mit Hämoglobin zu Desoxyhämoglobin. Diese Vereinigung vermeidet eine plötzliche Abnahme des pH-Werts im Blut; Gleichzeitig erfolgt die Freisetzung von Sauerstoff.

Die Bicarbonationen (HCO ₃ ^- ) verlassen den Erythrozyten durch Austausch gegen Chlorionen. Im Gegensatz zu Kohlendioxid können Bicarbonationen aufgrund ihrer hohen Löslichkeit im Plasma verbleiben. Das Vorhandensein von Kohlendioxid im Blut würde ein ähnliches Aussehen wie ein kohlensäurehaltiges Getränk verursachen.

Transport von Gasen vom Blut zu den Alveolen

Wie durch die Pfeile in beide Richtungen angezeigt, sind die oben beschriebenen Reaktionen reversibel; Das heißt, das Produkt kann wieder zu den anfänglichen Reaktanten werden.

Sobald das Blut die Lunge erreicht, gelangt das Bicarbonat wieder in die Blutzellen. Wie im vorherigen Fall muss ein Chlorion aus der Zelle austreten, damit das Bicarbonation eintreten kann.

Zu diesem Zeitpunkt erfolgt die Reaktion in umgekehrter Richtung mit der Katalyse des Carboanhydraseenzyms: Das Bicarbonat reagiert mit dem Wasserstoffion und wird wieder in Kohlendioxid umgewandelt, das in das Plasma und von dort in die Alveolen diffundiert.

Nachteile des Gasaustauschs in der Lunge

Der Gasaustausch findet nur in den Alveolen und Alveolarkanälen statt, die sich am Ende der Rohräste befinden.

Aus diesem Grund kann man von einem "toten Raum" sprechen, in dem Luft in die Lunge gelangt, aber kein Gasaustausch stattfindet.

Wenn wir es mit anderen Tiergruppen wie Fischen vergleichen, haben sie ein sehr effizientes Einweg-Gasaustauschsystem. Ebenso haben Vögel ein System von Luftsäcken und Parabronchi, in denen Luftaustausch stattfindet, was die Effizienz des Prozesses erhöht.

Die menschliche Belüftung ist so ineffizient, dass bei einer neuen Inspiration nur ein Sechstel der Luft ersetzt werden kann und der Rest der Luft in der Lunge eingeschlossen bleibt.

Pathologien im Zusammenhang mit den Alveolen

Lungenepysem

Dieser Zustand besteht aus der Schädigung und Entzündung der Alveolen; Folglich kann der Körper keinen Sauerstoff aufnehmen, verursacht Husten und erschwert die Wiederherstellung des Atems, insbesondere bei körperlichen Aktivitäten. Eine der häufigsten Ursachen für diese Pathologie ist das Rauchen.

Lungenentzündung

Eine Lungenentzündung wird durch eine bakterielle oder virale Infektion der Atemwege verursacht und verursacht einen entzündlichen Prozess mit Eiter oder Flüssigkeiten in den Alveolen, wodurch die Aufnahme von Sauerstoff verhindert wird und schwere Atembeschwerden verursacht werden.

Verweise

1. Y. Berthiaume, G. Voisin & A. Dagenais (2006). Die alveolären Typ I-Zellen: der neue Ritter der Alveole? The Journal of Physiology, 572 (Pt 3), 609–610.
2. Butler, JP & Tsuda, A. (2011). Transport von Gasen zwischen Umwelt und Alveolen - theoretische Grundlagen. Umfassende Physiologie, 1 (3), 1301–1316.
3. V. Castranova, J. Rabovsky, JH Tucker & PR Miles (1988). Die alveoläre Typ-II-Epithelzelle: ein multifunktionaler Pneumozyt. Toxikologie und angewandte Pharmakologie, 93 (3), 472–483.
4. Herzog, EL, Brody, AR, Colby, TV, Mason, R. & Williams, MC (2008). Bekannte und Unbekannte der Alveole. Proceedings of the American Thoracic Society, 5 (7), 778–782.
5. Kühnel, W. (2005). Farbatlas der Zytologie und Histologie. Panamerican Medical Ed.
6. Ross, MH & Pawlina, W. (2007). Histologie. Text- und Farbatlas mit Zell- und Molekularbiologie. 5aed. Panamerican Medical Ed.
7. Welsch, U. & Sobotta, J. (2008). Histologie. Panamerican Medical Ed.