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Histologie und Embryologie des RespirationstraktesWilhelm Mosgller, Franz Hajos, Christian Schfer und Josef Neumller

Entwicklung des Respirationstraktes Nasen, Mund und Rachenraum Die obersten Abschnitte des Respirationstrakts entwickeln sich aus dem Ektoderm. Die Grenze zu entodermalen Abschnitten ist die Bucco-Pharyngeale Membran. In dieser Membran liegen Entoderm und Ektoderm direkt aufeinander (kein Mesoderm dazwischen eingewachsen). Im Zuge des raschen Wachstums von Neuralrohr und im Zuge der kranio-caudalen Embryo-Faltung verlagert sich die Bucco-Pharyngeale Membran nach innen (in den sptereren Mund und Nasenbereich). Vor ihr liegt das ektodermale Stomadeum. Durch die laterale Abfaltung des Embryo bildet sich das von Entoderm ausgekleidete primitive Darmrohr. Ende der dritten Entwicklungswoche reit die Buccopharnygeal-Membran ein. Dies stellt somit die Verbindung zwischen primitiven entodermalen Darmrohr und der embryonalen Umwelt (= Amnionhhle) her.

Der Gaumen zwischen Nasenraum und Mundhhle bildet sich als primrer (vorne) und sekundrer Gaumen (hinten). Der sekundre Gaumen entsteht als seitlicher plattenartiger Fortsatz aus dem Oberkiefer. Die Platten des sekundren Gaumens wachsen lateral nach unten, richten sich spter im Laufe des Kieferwachstums auf, berhren sich median, verwachsen miteinander, und mit dem mittlerweile gewachsenen medianem Nasenfortsatz (Nasenseptum). Der Knochen des harten Gaumens wchst spter ein, weicher Gaumen und Uvula (Gaumenzpfchen) hinten werden zuletzt fertig ausgebildet.

Die Bildung der Riechgrube, Riechplakode, und spter des Riechepithels erfolgt aus dem Ektoderm kranial vom primren Gaumen. Ohne Ausbildung der Nasenwlste um die Riechplakode herum unterbleibt die Bildung der Nase.

Fehlbildungen

SpaltbildungenLippen- Kiefer- und Gaumenspalten sind relativ hufig (1:800). Sie sind entweder genetisch oder teratogen bedingt. Harmlose Flle sind eher ein gesellschaftlich sthetisches Problem. In schlimmeren Fllen, wenn die Gaumenplatten sich nicht schlieen, bleibt median ein offener Spalt im Kiefer, oder es bilden Mund und Nasenraum eine groe Hhle mit Epithel-Wlsten lateral. Solche Babys knnen keine Milch ansaugen und trinken. Sie knnen chirurgisch behoben werden.

Bekannte teratogene Faktoren, die zu Gaumenspalten fhren knnen, sind Medikamente wie Anti-Epileptika oder Cortison.Chronischer Alkoholkonsum der Mutter bewirkt neben geistiger Retardierung des Kindes oft auch eine Hypoplasie des Oberkiefers. Der Konsum von Nikotin oder Kaffee hat keine teratogene Wirkung.

FistelnIm Frhstadium entwickelt der Kopf Schlundbgen. Diese sind wichtig fr das Verstndnis von Fehlbildungen. Die Schlundbgen sind auen von Schlundfurchen abgetrennt. Jeder Schlundbogen hat auen ein Ektoderm, dazwischen ein Mesoderm (Knorpel) und innen die Schlundtasche (Entoderm). Laterale Halsfisteln entstehen als Fehlbildung im Kopf- und Halsbereich, typischerweise durch

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Transformation des Schlundbogenapparates. Sie sind entweder durchgngig (Verbindung v. Pharynx und Hals-Auenseite) oder enden als Blindsack. Sie mnden am Hals lateral, vor dem Musculus sternocleidomastoideus.

Kehlkopf (Larynx) Der Larynx entsteht kaudal von der Buccopharyngeal-Membran auf Hhe der 4. Schlundfurche (der fnfte Schlundbogen wird beim Menschen nicht oder nur rudimentr angelegt). Das Epithel stlpt sich aus und formt den Ansatz des laryngotrachealen Schlauches mit Lungendivertikel.

Der laryngotracheale Schlauch mit dem Lungendivertikel entsteht ventral des Darmrohrs (sophagus). Er wchst nach kaudal, bildet die Luftrhre (Trachea) und nach der Bifurcation die Lungenanlage als dichtes dichotom verzweigtes Bronchiensystem.

Der Larynx entsteht aus dem obersten Abschnitt des laryngotrachealen Schlauches unter Verwendung und Transformation von Mesoderm-Anteilen aus den Kiemenbgen. Die Epiglottis entwickelt sich aus dem 3. u. 4. Schlundbogen. Der Knorpel des 4. Schlundbogens entwickelt sich zum Schildknorpel und Ringknorpel. Im Inneren des Larynx bilden sich lateral zwei Schleimhautfalten, die unteren sind strker ausgeprgt und werden zum Stimmband mit dem unter der Schleimhaut liegenden Musculus vocalis.

Trachea

Entwicklung Die Trachea entwickelt sich im Wesentlichen durch Aufteilung des Vorderdarmes als abgetrennter entodermaler (laryngotrachealer) Schlauch vor dem sophagus. Dazu wird umliegendes und einwachsendes mesodermales Bindegewebe rekrutiert. Die entodermalen Anteile sind das innere Epithel und die Drsenepithelien. Die mesodermalen Anteile sind der bindegewebige Schlauch, die Knorpelspangen, Muskulatur und Gefe.

sophagotracheale Fisteln und Atresien als FehlbildungenZwischen dem laryngotrachealen Schlauch und dem Lungendivertikel einerseits und dem sophagus andererseits liegt nach der Abtrennung das bindegewebige Septum sophagotracheale. Durch unvollstndige Abtrennung, bzw. Aufteilungsfehler kommt es in diesem Bereich zu sophagotrachealen Fisteln in unterschiedlichsten Varianten. Bei der hufigsten Form bleibt der obere Teil des sophagus blind endend (sophagusatresie) und es besteht eine Verbindung der Mundhhle zum Magen ber den Umweg der Trachea. Zwei blinde Enden des sophagus, kranial und kaudal von der fehlerhaften Stelle ohne Kontakt zur Trachea sind mglich, oder es mndet der sophagus in die Trachea ohne durchgngige Verbindung zum Magen. Nachdem bei vollstndiger sophagusatresie die Feten bereits die Amnionflssigkeit nicht schlucken knnen (damit sie im Dnndarm resorbiert und der Plazenta zugefhrt werden kann), sind diese Schwangerschaften oft dadurch auffllig, dass besonders viel Amnionflssigkeit vorliegt (Hydramnion).

Lunge

EntwicklungEntodermale epitheliale Rhren wachsen aus dem Lungendivertikel durch dichotome Teilung der Trachea zur verstelten Bronchienanlage aus. Diese Bronchialbume stlpen sich in die primitive Pleurahhle (= pleuroperitonealer Kanal) und erzeugen so ein viscerales Blatt (berzug ber die Lungenlappen) des Pleuraepithels.

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Die Lungenentwicklung gliedert sich in folgende Phasen: Pseudoglandulre Phase, bis ca. 19 SSW ( = SchwangerSchaftsWoche)

(sieht im mikroskopischen Schnitt hnlich wie Drsengewebe = Glandulae aus) Kanalikulre Phase, von ca. 15. SSW 28. SSW

geprgt durch intensives Wachstum der Bronchienanlagen, Entwicklung der respiratorischen Bronchioli und der Alveolargnge

Alveolare Phase, ab ca. 23 SSW, intensiv bis 7 Tage nach Geburt und bis zum achten Lebensjahr. o Bildung von Sacculi alveolares und der Alveolen (Lungenblschen) o Differenzierung der beiden Alveolarepithelzelltypen (Pneumocyten - I und II) die fr den

Gasaustausch wichtig sind o Ausdifferenzierung der Kapillargefe zwischen den Alveolen. o Bildung von Surfactant durch Pneumocyten - II

Die Lungenreife ist ab ca. dem 7 Schwangerschaftsmonat gegeben, sie hngt davon ab, ob gengend Surfactant gebildet ist, damit nach der Geburt die Atmung funktioniert.

Die drei Typen der Blutgefe der Lunge haben drei Ursprnge: Aa. pulmonales entwickeln sich aus der 5. Schlundbogenarterie. Ihre Verzweigungen begleiten die

Bronchien und Bronchiolen Vv. pulmonales wachsen aus dem linken Vorhof des Herzens ein und verlaufen bevorzugt in den

bindegebigen Septen zwischen den Lungenlppchen Aa. Bronchiales entspringen der Aorta descendens und dienen der Versorgung des

Lungengewebes, insbesondere der hilusnahen bindegewebigen Areale und der greren Bronchien. Sie bilden Anastomosen mit den Aa. Pulmonales.

Lungen-FehlbildungenLungenagenesie (einseitig oder beidseitig) und Aplasie sind seltene Ereignisse.

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Funktionelle Histologie des RespirationstraktesGasaustausch:Der Gasaustausch findet in der Lunge statt, und liefert den fr die Zellatmung notwendigen Sauerstoff. In der Lunge wird Sauerstoff aus der Atemluft vom Hmoglobin in den Erythrozyten aufgenommen, und das bei der Zellatmung entstandene Kohlendioxid abgegeben.

GeruchswahrnehmungAn der Riechschleimhaut (Regio olfactoria) der Nasenhhle erfolgt die Geruchswahrnehmung. Die Riechschleimhaut ist auch an der Geschmackswahrnehmung beteiligt.

Beeinflussung des Sure-Basen HaushaltesMit der Abatmung von CO2 (= Anhydrit der Kohlensure! (CO2 + H2O = H2CO3) wird auch der Blut-pH reguliert.

Antigen-AbwehrSo wie die Haut als ueres Integument des Krpers, steht die innere Oberflche des Respirationstrakts stndig in Kontakt mit potentiell schdigenden Eindringlingen, allerdings ohne dass wie bei dieser eine mechanische Barriere durch eine Hornschicht besteht. Im Respirationstrakt sind es Flimmerzellen und Schleimsekretion einerseits, Makrophagen und immunologische Abwehr andererseits, welche den Organismus schtzen.

Die Lunge als Immunologisches Organ

ber die eingeatmete Luft steht die Lunge laufend im direkten Kontakt mit Bakterien und Staubpartikeln. Das groflchige innere Epithel fr den Gasaustausch ist zart gebaut und sehr verletzlich. Eindringender Staub und Antigene (Bakterien, Viren, etc.) werden primr ber die unspezifische Abwehr, welche mit der spezifischen Abwehr und mit den Zellen des Lungenparenchyms kommuniziert unter Kontrolle gehalten.

Die Zellkommunikation ist sehr komplex und Gegenstand aktueller Forschung. Zellen kommunizieren ber eine Flle von chemischen Botenstoffen (Signalmolekle) mit Bezeichnungen wie Cytokine, Chemokine, Wachstumsfaktoren, oder Differenzierungsfaktoren. Signalmolekle sind Peptide oder Proteine. Sie werden in der Lunge von nahezu allen Zellarten produziert, und spielen eine Schlsselrolle in der Entstehung und Erhaltung von Entzndungen, wobei vielfach der Schaden den eine Entzndung im Gewebe anrichtet grer ist als der Nutzen im Sinne einer Entfernung von pathogenen Keimen und schdlichen Substanzen. Daher ist eine Entzndung (oder deren Ausma) nicht immer eine sinnvolle Antwort auf Umweltreize und positiv fr den Krpe