Der mukoziliäre Transport

Ein effektiver mukoziliärer Transport transportiert Schleim mit allen darin enthaltenen Fremdpartikeln in Richtung der oberen Atemwege, weg von den Alveolen.

Veröffentlicht am: März 22, 2024

Der mukoziliäre Transport

Ein effektiver mukoziliärer Transport transportiert Schleim mit allen darin enthaltenen Fremdpartikeln in Richtung der oberen Atemwege, weg von den Alveolen.

Published on: März 22, 2024

Der „mukoziliäre Transport“ ist ein wesentlicher Bestandteil des körpereigenen Abwehrsystems. Schleim bildet eine anatomische Barriere für Krankheitserreger und Reizstoffe und fängt sie ab, bevor sie in das empfindliche Lungenepithel eindringen und Schäden verursachen können. Ein effektiver mukoziliärer Transport transportiert Schleim mit allen darin enthaltenen Fremdpartikeln in Richtung der oberen Atemwege, weg von den Alveolen. An diesem Punkt wird ein Husten- oder Räusperreflex ausgelöst und der Schleim aus den Atemwegen ausgestoßen. Der Schleim wird dann entweder geschluckt, wobei die Magensäure die eingeschlossenen Krankheitserreger abtötet, oder er wird abgehustet.

Eine effektive mukoziliäre Transportfunktion hängt ab von:

Integrität und Funktion des Flimmerepithels

Das Lungenepithel wird als „flimmernd“ bezeichnet, was bedeutet, dass die obere Oberfläche jeder Epithelzelle mit Mikrovilli-Zilien oder winzigen Zellhärchen bedeckt ist. Jedes Zilium besteht aus Mikrotubuli, die durch radiale Speichen und Dynein-Arme zusammengehalten werden (siehe Abb. 2). Diese komplexe innere Struktur ermöglicht es den Zilien, sich in einem bestimmten Muster zu biegen und zu schlagen. Zunächst zeigten Untersuchungen an Tieren, dass es sich hierbei um einen Vorwärts-„Kraftschlag“ und dann um einen „Erholungsschlag“ handelt, der nach hinten und zur Seite zeigt (siehe Video in Abb. 3). Die Einführung der digitalen Hochgeschwindigkeitsbildgebung hat gezeigt, dass die Atemwegszilien innerhalb derselben Ebene vorwärts und rückwärts schlagen, ohne dass es zu einer klassischen seitlichen Erholungsbewegung kommt.

Die Atemwegszilien des Menschen schlagen mit einer Frequenz zwischen 12 und 15 Hz in der Nase und den Hauptluftwegen. Um die Schleimbeseitigung zu erleichtern, können die Atemwegszilien benachbarte Zilien dazu bringen, koordiniert zu schlagen und eine Welle zu bilden, die sich über eine kurze Strecke entlang der Epitheloberfläche bewegt und den darüber liegenden Schleim in die gleiche Richtung treibt.

Periziliäre Flüssigkeit

Schleim wird von den Zilien stromaufwärts bewegt, benötigt aber eine Gelschicht, um effektiv darauf zu gleiten. In gesunden Lungen wird Flüssigkeit durch osmotische Bewegung von Wasser aus dem Epithel und die Bewegung von Natrium- (Na+) und Chlorid- (Cl-) Ionen angetrieben und zur Verfügung gestellt, um die Tiefe sowohl der Gel- als auch der Solschicht (Flüssigkeitsschicht) aufrechtzuerhalten (und damit die Effizienz des Schleimtransports). Periziliarflüssigkeit ist unerlässlich, um das Austrocknen der Atemwege durch den Luftstrom beim Atmen zu verhindern. Ohne sie würde sich der Schleim langsam zu Plaques formen und schließlich die Atemwege verstopfen (Bustamante-Marin & Ostrowski, 2017).

Es gibt viele Möglichkeiten, wie dieser Prozess bei einem kranken Patienten oder in erkrankten Lungen beeinflusst werden kann. Die häufigste Auswirkung einer akuten Erkrankung ist eine systemische Dehydrierung, die sich direkt auf das verfügbare Wasser für den Transport in die periziliäre Flüssigkeit auswirkt. Ein spezifischeres Beispiel wäre die Krankheit Mukoviszidose, bei der das CFTR-Gen, das für den Chloridionenfluss verantwortlich ist, sowie die Natriumkanäle auf Oberflächenebene beeinträchtigt sind. Dies führt zu einem erheblich dickeren Sputum (das schwerer zu transportieren ist) und einer verminderten periziliären Flüssigkeit, was sich häufig negativ auf die mukoziliäre Clearance auswirkt (De Rose et al., 2018).

Schleimbeschaffenheit

Schleim wird in vielen Zelltypen produziert, die sich im Atmungsbaum befinden, und die Prävalenz der einzelnen Zelltypen ändert sich je nachdem, wie weit man sich stromabwärts in Richtung der Alveolen bewegt.

(Abbildung – Prävalenz sekretorischer Zellen im Tracheobronchialbaum)

Schleim besteht aus Salzen (1 %), Wasser (97,5 %) und Proteinen & Glykoproteinen (ca. 1,5 %). Eines dieser Glykoproteine ist Mucin. Es wird von Becherzellen freigesetzt und ist auf die Ionenkonzentration in der Perizilienregion angewiesen. Es absorbiert Wasser, um die Befeuchtung der Flimmerhärchenoberflächen aufrechtzuerhalten, und ist dafür bekannt, dass es Krankheitserreger anzieht, was die Phagozytose unterstützt (Hill et al. 2022).

Die Bewegung des Schleims durch den mukoziliären Transportmechanismus wird durch das

Volumen, die
Viskosität
Rheologie des Schleims, insbesondere durch die elastischen Eigenschaften des Schleims, beeinflusst.

Wie lässt sich der mukoziliäre Transportmechanismus beinflussen?

Feuchtigkeit

Wie bereits erwähnt, ist die Schleimbewegung von einer ausreichenden Flüssigkeitsmenge in den periziliaren Schichten abhängig, und diese Flüssigkeit wird in gesunden Lungen durch Ionenbewegung und Osmose gesteuert. Ist eine Person besonders dehydriert oder wurde ihr über einen längeren Zeitraum trockener Sauerstoff verabreicht, kann dies zu einem Rückgang der verfügbaren Wassermoleküle im Epithel führen und die periziliären Schichten können sich verringern. Durch eine systematische Hydrierung des Patienten und die Wahl von Sauerstoffzufuhrsystemen mit Befeuchtung kann dies erheblich reduziert werden. Erfahren Sie hier mehr über die Befeuchtung von Patienten: Entmystifizierung der Befeuchtung auf der Intensivstation | Inspire Blog (armstrongmedical.net)

Medikamente

Es gibt zahlreiche Medikamente, welche die mukoziliäre Clearance unterstützen können, insbesondere Therapien mit Verneblern, wie z. B. hypertonische (3, 6 oder 7 %) oder isotonische (0,9 %) Kochsalzlösung. Erstere wirken durch Osmose, um Flüssigkeit in die Gelschicht zu ziehen und Ionenbindungen zu unterbrechen, um die Viskosität (Elkins & Bye. 2011). Letztere hydratisiert das Epithel direkt. Die Inhalationstherapie wird in vielen Krankheitsleitlinien empfohlen – zuletzt in den aktualisierten Leitlinien der British Thoracic Society zur Behandlung von Bronchiektasen (BTS 2023).

Ein weiteres häufig verwendetes Medikament ist ein orales Mukolytikum wie Carbocystein, das die Mucinbildung (aus den sekretorischen Drüsen) anregt und den Chloridionentransport durch das Epithel fördert, wodurch der Flüssigkeitsspiegel in der Gelschicht aufrechterhalten und optimiert wird und wiederum eine maximale Hydratation der Atemwege gewährleistet wird (Pace et al. 2023).

Techniken zur Befreiung der Atemwege

Physiotherapeuten verfügen über eine Vielzahl von Techniken und Hilfsmitteln, die auf verschiedene Aspekte der Lungenphysiologie einwirken und die mukoziliäre Eskalatorfunktion unterstützen. Diese Techniken wirken hauptsächlich durch eine Veränderung der Atemwegsdynamik mit dem Schwerpunkt auf der Maximierung der Luft hinter den Sekreten und der Nutzung des 2-Phasen-Gas-Flüssigkeits-Strömungsmechanismus. Dieses System stellt sicher, dass der maximale exspiratorische Fluss (PEFR) immer den maximalen inspiratorischen Fluss (PIFR) überwiegt, wodurch die Abwärtsbewegung der Zilien unterstützt und der Schleim in Richtung der oberen Atemwege transportiert wird. Der PEFR muss immer mindestens 10 % > PIFR betragen, damit dies eintritt (McIlwaine et al 2017).

Komplexe Hilfsmittel sollten immer von einem ausgebildeten Physiotherapeuten vermittelt werden, aber eine einfache Technik, die jeder anwenden kann, um seine Patienten zu unterstützen, ist die aktive Atemtechnik.