Lungenalveolen: Eigenschaften, Funktionen, Anatomie
Die Lungenalveolen sind kleine Säcke, die sich in der Lunge von Säugetieren befinden und von einem Netzwerk von Blutkapillaren umgeben sind. Unter einem Mikroskop kann in einer Alveole das Lumen der Alveole und deren Wand, bestehend aus Epithelzellen, unterschieden werden.
Sie enthalten auch Bindegewebsfasern, die ihnen ihre charakteristische Elastizität verleihen. Im Alveolarepithel können flache Typ I-Zellen und Würfel-Typ II-Zellen unterschieden werden. Seine Hauptfunktion besteht darin, den Gasaustausch zwischen Luft und Blut zu vermitteln.
Wenn der Atmungsprozess stattfindet, gelangt Luft durch die Luftröhre in den Körper, wo sie zu einer Reihe von Tunneln innerhalb der Lunge gelangt. Am Ende dieses komplizierten Netzwerks von Röhren befinden sich die Alveolarsäcke, in die die Luft eintritt und von den Blutgefäßen aufgenommen wird.
Bereits im Blut ist der Luftsauerstoff von den übrigen Bestandteilen wie Kohlendioxid getrennt. Die letztere Verbindung wird durch Ausatmen aus dem Körper ausgeschieden.
Allgemeine Eigenschaften
In der Lunge befindet sich ein schwammiges Gewebe, das von einer relativ großen Anzahl von Lungenalveolen gebildet wird: 400 bis 700 Millionen in den beiden Lungen eines gesunden erwachsenen Menschen. Die Alveolen sind beutelartige Gebilde, die innen von einer klebrigen Substanz bedeckt sind.
Bei Säugetieren enthält jede Lunge Millionen von Alveolen, die eng mit dem Gefäßnetz verbunden sind. Beim Menschen liegt die Fläche der Lunge zwischen 50 und 90 m2 und enthält 1000 km Blutkapillaren.
Diese hohe Anzahl ist wichtig, um die erforderliche Sauerstoffaufnahme zu gewährleisten und damit den hohen Stoffwechsel von Säugetieren zu decken, hauptsächlich aufgrund der Endothermie der Gruppe.
Atmungssystem bei Säugetieren
Die Luft tritt durch die Nase ein, speziell durch die "Nostrilos"; Dieser gelangt in die Nasenhöhle und von dort in die mit dem Pharynx verbundenen inneren Nasenlöcher. Hier laufen zwei Wege zusammen: Atmung und Verdauung.
Die Stimmritze öffnet sich zum Kehlkopf und dann zur Luftröhre. Dies ist in zwei Bronchien unterteilt, eine in jeder Lunge; Die Bronchien wiederum sind in Bronchiolen unterteilt, die kleinere Röhren sind und zu Alveolarkanälen und Alveolen führen.
Funktionen
Die Hauptfunktion der Alveolen besteht darin, den Austausch von Gasen zu ermöglichen, die für die Atmungsprozesse wichtig sind und den Eintritt von Sauerstoff in die Blutbahn zu den Geweben des Körpers ermöglichen.
In gleicher Weise beteiligen sich die Lungenalveolen an der Ausscheidung von Kohlendioxid aus dem Blut während des Ein- und Ausatmungsprozesses.
Anatomie
Die Alveolen und Alveolarkanäle bestehen aus einem sehr dünnen einschichtigen Endothel, das den Gasaustausch zwischen der Luft und den Blutkapillaren erleichtert. Sie haben einen ungefähren Durchmesser von 0, 05 und 0, 25 mm, umgeben von Kapillarschleifen. Sie sind gerundet oder polyedrisch.
Zwischen jeder Alveole befindet sich das interalveoläre Septum, die gemeinsame Wand zwischen beiden. Der Rand dieser Septen bildet die Basalringe, die von glatten Muskelzellen gebildet und vom einfachen kubischen Epithel bedeckt werden.
An der Außenseite einer Alveole befinden sich die Blutkapillaren, die mit der Alveolarmembran die Alveolarkapillarmembran bilden, den Bereich, in dem der Gasaustausch zwischen der Luft, die in die Lunge gelangt, und dem Blut in den Kapillaren stattfindet.
Aufgrund ihrer besonderen Organisation erinnern die Lungenbläschen an eine Wabe. Sie bestehen außen aus einer Wand von Epithelzellen, die Pneumozyten genannt werden.
In Begleitung der Alveolarmembran werden Zellen gefunden, die für die Verteidigung und Reinigung der Alveolen verantwortlich sind, die 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 Austausch von Gasen vermittelt, Typ II-Sekretions- und Immunfunktionen, Endothelzellen, Alveolarmakrophagen, die an der Infektion beteiligt sind Abwehr- und interstitielle Fibroblasten.
Typ I-Zellen
Typ I-Zellen sind unglaublich dünn und flach, vermutlich um den Austausch von Gasen zu erleichtern. Sie befinden sich auf ungefähr 96% der Oberfläche der Alveolen.
Diese Zellen exprimieren eine signifikante Anzahl von Proteinen, einschließlich T1-α, Aquaporin 5, Ionenkanälen, Adenosinrezeptoren und Resistenzgenen gegen verschiedene Arzneimittel.
Die Schwierigkeit, diese Zellen zu isolieren und zu kultivieren, hat ihre eingehende Untersuchung behindert. Es wird jedoch eine mögliche Funktion der Homostese in der Lunge vorgeschlagen, beispielsweise der Transport von Ionen, Wasser und die Beteiligung an der Kontrolle der Zellproliferation.
Um diese technischen Schwierigkeiten zu überwinden, müssen die Zellen mit alternativen molekularen Methoden untersucht werden, die als DNA-Mikroarrays bezeichnet werden. Mit dieser Methodik konnte gefolgert werden, dass Typ-I-Zellen auch am Schutz vor oxidativen Schäden beteiligt sind.
Typ II-Zellen
Typ-II-Zellen sind quaderförmig und befinden sich normalerweise an den Ecken der Alveolen bei Säugetieren, wobei nur noch 4% der Alveolenoberfläche vorhanden sind.
Seine Funktionen umfassen die Produktion und Sekretion von Biomolekülen wie Proteinen und Lipiden, die Lungentenside bilden.
Lungensurfactants sind Substanzen, die hauptsächlich aus Lipiden und einem kleinen Proteinanteil bestehen und zur Verringerung der Oberflächenspannung in den Alveolen beitragen. Das wichtigste ist Dipalmitoylphosphatidylcholin (DPPC).
Typ-II-Zellen sind an der Immunabwehr der Alveolen beteiligt und scheiden verschiedene Arten von Substanzen aus, z. B. Zytokine, deren Rolle die Rekrutierung von Entzündungszellen in der Lunge ist.
Darüber hinaus haben mehrere Tiermodelle gezeigt, dass Typ-II-Zellen für die Aufrechterhaltung des Alveolarraums verantwortlich sind und auch am Natriumtransport beteiligt sind.
Interstitielle Fibroblasten
Diese Zellen haben eine Spindelform und sind dadurch gekennzeichnet, dass sie lange Ausdehnungen von Aktin aufweisen. Seine Funktion ist die Sekretion der zellulären Matrix in der Alveole, um ihre Struktur zu erhalten.
Auf die gleiche Weise können die Zellen den Blutfluss steuern und ihn gegebenenfalls reduzieren.
Alveolarmakrophagen
Die Alveolen beherbergen Zellen mit phagozytären Eigenschaften, die aus Blutmonozyten stammen und als Alveolarmakrophagen bezeichnet werden.
Diese sind dafür verantwortlich, durch den Prozess der Phagozytose in die Alveolen eingedrungene Fremdpartikel wie Staub oder infektiöse Mikroorganismen wie Mycobacterium tuberculosis zu entfernen. Darüber hinaus können Phagozytose-Blutzellen in die Alveolen gelangen, wenn nicht genügend Herz vorhanden ist.
Sie zeichnen sich durch eine braune Farbe und eine Reihe unterschiedlicher Prologe aus. Lysosomen kommen im Zytoplasma dieser Makrophagen häufig vor.
Die Menge der Makrophagen kann sich erhöhen, wenn der Körper eine Herzkrankheit hat, wenn die Person Amphetamine konsumiert oder Zigaretten konsumiert.
Kohn Poren
Es handelt sich um eine Reihe von Poren in den Alveolen der interalveolären Septen, die eine Alveole mit einer anderen verbinden und eine Luftzirkulation zwischen ihnen ermöglichen.
Wie ist der Austausch von Gasen?
Der Austausch von Gasen zwischen Sauerstoff (O 2 ) und Kohlendioxid (CO 2 ) ist der Hauptzweck der Lunge.
Dieses Phänomen tritt in den Lungenalveolen auf, in denen sich Blut und Gas in einem Mindestabstand von etwa einem Mikrometer befinden. Dieser Prozess erfordert zwei Leitungen oder Kanäle, die entsprechend gepumpt werden.
Eines davon ist das Gefäßsystem der Lunge, das von der rechten Herzregion angetrieben wird und gemischtes venöses Blut (bestehend aus venösem Blut aus dem Herzen und anderen Geweben durch den venösen Rückfluss) in die Region leitet, in der es im Austausch auftritt.
Der zweite Kanal ist der Tracheobronchialbaum, dessen Belüftung durch die am Atmen beteiligten Muskeln gesteuert wird.
Im Allgemeinen wird der Transport eines Gases hauptsächlich durch zwei Mechanismen gesteuert: Konvektion und Diffusion; der erste ist reversibel, der zweite nicht.
Gasaustausch: Partialdrücke
Wenn Luft in die Atemwege gelangt, ändert sich ihre Zusammensetzung und wird mit Wasserdampf gesättigt. Beim Erreichen der Alveolen mischt sich die Luft mit der Luft, die Reste des vorherigen Atemkreislaufs waren.
Dank dieser Kombination sinkt der Sauerstoffpartialdruck und der Kohlendioxidpartialdruck steigt an. Da der Sauerstoffpartialdruck in den Alveolen größer ist als im Blut, das in die Kapillaren der Lunge gelangt, gelangt Sauerstoff durch Diffusion in die Kapillaren.
Ebenso ist der Partialdruck von Kohlendioxid in den Lungenkapillaren höher als in den Alveolen. Daher gelangt Kohlendioxid durch einen einfachen Diffusionsprozess zu den Alveolen.
Transport von Gewebegasen ins Blut
Sauerstoff und signifikante Mengen an Kohlendioxid werden durch "Atemwegspigmente" transportiert, darunter Hämoglobin, das bei Wirbeltiergruppen am beliebtesten ist.
Das Blut, das für den Sauerstofftransport vom Gewebe zur Lunge verantwortlich ist, muss auch das Kohlendioxid von der Lunge zurücktransportieren.
Kohlendioxid kann jedoch auch auf andere Weise transportiert, durch das Blut übertragen und im Plasma gelöst werden; Außerdem kann es sich auf die Bluterythrozyten ausbreiten.
In Erythrozyten geht der größte Teil des Kohlendioxids dank des Carboanhydraseenzyms auf Kohlensäure über. Die Reaktion läuft wie folgt ab:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -
Wasserstoffionen aus der Reaktion verbinden sich mit Hämoglobin, um Desoxyhämoglobin zu bilden. Diese Vereinigung verhindert ein plötzliches Absinken des pH-Wertes 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 Aussehen verursachen, das dem eines gasförmigen Getränks ähnlich ist.
Transport von Blutgasen zu den Alveolen
Wie durch die Pfeile in beiden Richtungen angegeben, sind die oben beschriebenen Reaktionen reversibel; Das heißt, das Produkt kann wieder in die anfänglichen Reaktanten umgewandelt werden.
In dem Moment, in dem das Blut die Lunge erreicht, gelangt das Bikarbonat wieder in die Bluterythrozyten. Wie im vorherigen Fall muss ein Chlorion aus der Zelle entweichen, damit das Bicarbonat-Ion eintreten kann.
In diesem Moment läuft die Reaktion mit der Katalyse des Carboanhydrase-Enzyms in umgekehrter Richtung ab: Das Bicarbonat reagiert mit dem Wasserstoffion und wird zurück in Kohlendioxid umgewandelt, das in das Plasma und von dort in die Alveolen diffundiert.
Nachteile des Gasaustausches in der Lunge
Der Gasaustausch findet nur in den Alveolen und Alveolarkanälen statt, die sich am Ende der Röhrenäste befinden.
Man kann daher von einem "Totraum" sprechen, in dem Luft durch die Lunge strömt, aber kein Gasaustausch stattfindet.
Wenn wir es mit anderen Tiergruppen wie Fisch vergleichen, haben sie ein sehr effizientes Einweg-Gasaustauschsystem. Ebenso haben Vögel ein System von Luftsäcken und Parabronchi, in denen Luftaustausch stattfindet, wodurch die Effizienz des Prozesses erhöht wird.
Die menschliche Beatmung 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
Lungenefesus
Dieser Zustand besteht aus der Schädigung und Entzündung der Alveolen; Infolgedessen ist der Körper nicht in der Lage, Sauerstoff aufzunehmen, 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, bei dem Eiter oder Flüssigkeiten in den Alveolen vorhanden sind, wodurch die Aufnahme von Sauerstoff verhindert wird und schwere Atembeschwerden verursacht werden.
