Entwicklung des respiratorischen Systems

Überblick

Die Lungenentwicklung verläuft in 5 Stadien:

• Embryonale Phase: Entwicklung der Trachea Trachea Trachea und der primären Bronchialknospen
• Fetale Phase:
  • Pseudoglandulär: Entwicklung des Bronchialbaums bis auf die Höhe der Bronchioli terminales
  • Kanalikulär: Entwicklung der Bronchioli respiratorii Bronchiolen und primitiven Alveolen
  • Sacculär: Reifung der Alveolen und Produktion von Surfactant
  • Alveolär: Zunahme der Anzahl von Alveolen, Kapillaren Kapillaren Kapillaren und fortgesetzte Reifung

In utero sind die Lungen:

• Als Atmungsorgane irrelevant (Sie ruhen.)
• Eine Hauptquelle für Fruchtwasser
• Mit Flüssigkeit gefüllt und nicht belüftet

Sofort nach der Geburt:

• Die Lungen dehnen sich zum ersten Mal mit dem ersten Atemzug eines Neugeborenen aus.
• Dieser erste Atemzug drückt Fruchtwasser aus den Lufträumen und in das Gefäßsystem, während sich die Lungen mit Luft füllen.
• Surfactant setzt die Oberflächenspannung in den Alveolen herab und hält dadurch die Lufträume offen.
• Surfactant ist oft ein primär entscheidender Faktor bei der Prognose des Überlebens von Säuglingen.

Eselsbrücke:

Um sich schnell die Chronologie der Stadien der Lungenentwicklung zu merken, hilft der englische Satz „Every Pulmonologist Can See Alveoli“:

• Embryonal
• Pseudoglandulär
• Canalikulär (oder Kanalikulär)
• Sacculär
• Alveolär

Embryonale Phase

Die Entwicklung des Bronchialbaums beginnt mit der embryonalen Phase, wobei sich am Ende des Stadiums der Vorderdarm zu Larynx Larynx Larynx (Kehlkopf), Trachea Trachea Trachea und Lunge Lunge Lunge: Anatomie ausbildet.

Keimblätter

Entwicklung in der embryonalen Phase

Der Bronchialbaum Bronchialbaum Bronchialbaum entwickelt sich aus dem Vorderdarm der embryonalen Darmröhre.

• 4–7 Wochen nach der Konzeption
• Embryonales Darmrohr:
  • Aus der seitlich gefalteten Endodermschicht gebildet
  • Umgeben von Mesoderm Mesoderm Gastrulation und Neurulation
  • Drei Abschnitte:
    • Vorderdarm
    • Mitteldarm
    • Hinterdarm
• Lungenknospe (Atemdivertikel):
  • Knospen an der ventralen Seite des Vorderdarms um 4. SSW
  • Wächst gleichzeitig nach ventral und nach kaudal
  • Umfasst sowohl das Endoderm Endoderm Gastrulation und Neurulation als auch das umgebende splanchnopleurische Mesoderm Mesoderm Gastrulation und Neurulation
• Laryngotrachealrinne:
  • Wenn die Lungenknospe nach außen und nach unten wächst, erscheint die Laryngotrachealrinne als seitliche Vertiefungen zwischen der neuen Lungenknospe und dem Vorderdarm.
  • Die Rinne bewegen sich nach medial, „quetschen“ die Lungenknospe ab und bilden das Septum oesophagotracheale.
  • Das Septum oesophagotracheale trennt zwei separate Röhren:
    • Ösophagus (posterior, vom ursprünglichen Vorderdarm)
    • Trachea Trachea Trachea (anterior, von der Lungenknospe)
• Primäre Bronchialknospen: Die Trachea Trachea Trachea teilt sich in die rechte und linke Bronchialknospe.
• Störungen in diesem Stadium können Folgendes verursachen:
  • Ösophagotracheale Fistel (englisches Akronym: TEF): tritt auf, wenn sich die oesophagotracheale Furchen in der Mittellinie nicht vollständig schließen
  • Ösophagusatresie:
    • Teile des Ösophagus bilden sich nicht.
    • Koexistiert oft mit einer TEF
  • Trachealatresie:
    • Teilweises oder vollständiges Fehlen der Trachea Trachea Trachea unterhalb des Kehlkopfes (letal)
    • Die unteren Atemwege sind oft mit dem GI-Trakt verbunden.
  • Bronchopulmonale Sequestrierung: anormal geformtes, nicht funktionierendes akzessorisches Lungengewebe, das nicht mit dem Rest des Bronchialbaums verbunden ist

Pseudoglanduläre Phase

Dieses Stadium erzeugt den größten Teil des Bronchialbaums. Der Namen kommt daher, dass die Bronchien (die in diesem Stadium mit quaderförmigen Zellen ausgekleidet sind) histologisch Drüsen ähneln, wenn sie sich in das umgebende Mesoderm Mesoderm Gastrulation und Neurulation verzweigen.

• Wochen 5–16 nach der Konzeption
• Zu Beginn dieses Stadiums, etwa in der 5. Woche, haben sich die Lungenknospe und die primären Bronchialknospen gebildet.
• Während dieses Stadiums bildet die fortgesetzte distale Knospung/Verzweigung der Bronchien den Großteil des Bronchialbaumes.
• Sekundäre Bronchialknospen:
  • Die rechte Bronchialknospe teilt sich in drei sekundäre lobäre Bronchialknospen.
  • Die linke Bronchialknospe gabelt sich in zwei sekundäre lobäre Bronchialknospen.
• Tertiäre Bronchialknospen: fortgesetzte Teilung
  • Rechte Lunge Lunge Lunge: Anatomie: ca. 20 tertiäre Bronchien
  • Linke Lunge Lunge Lunge: Anatomie: ca. 18 tertiäre Bronchien
• Bronchioli terminales: weitreichende Verzweigung (ca. 20 Teilungen) bis auf die Ebene der Bronchioli terminales
  • Es entwickeln sich Bronchioli terminales (mit dicker Epithelauskleidung).
  • Bronchioli respiratorii entwickeln sich nicht bis zum Übergang in das nächste Stadium → kein Gasaustausch möglich → Fötus kann noch nicht überleben
• Verzweigte Bronchiolen dringen in das umgebende Mesoderm Mesoderm Gastrulation und Neurulation ein.
• Mesoderm Mesoderm Gastrulation und Neurulation entwickelt sich zu:
  • Lungengefäßsystem → Lungenkapillarnetz beginnt sich zu bilden
  • Bindegewebe Bindegewebe Bindegewebe
  • Bronchialmuskulatur
  • Knorpel
• Pneumozyten-Vorläufer beginnen sich zu entwickeln:
  • Undifferenzierte quaderförmige Epithelzellen säumen den Bronchialbaum Bronchialbaum Bronchialbaum.
  • Produzieren Fruchtwasser
• Die erste Atembewegung ist bereits in der 10. SSW zu sehen.
  • Die Atmung wird vom Hirnstamm Hirnstamm Hirnstamm gesteuert.
  • Atembewegungen sind paradox: Das Zwerchfell Zwerchfell Zwerchfell (Diaphragma) zieht sich zusammen und der Thorax bewegt sich nach innen und umgekehrt.
• Am Ende dieser Phase:
  • Vorliegen von Bronchioli terminales, einem arteriellen System, Knorpel und glatter Muskulatur
  • Pneumozyten-Vorläufer
• Störungen in dieser Phase:
  • Bronchialatresie oder Stenose
  • Bronchogene Zyste: anomale Knospenbildung des Vorderdarms, die nicht mit dem Tracheobronchialbaum kommuniziert

Kanalikuläre Phase

In dieser Phase entwickeln sich die Bronchioli respiratorii am Ende der Bronchioli terminales.

• 16–26 Wochen nach der Konzeption
• Respiratorische Einheiten beginnen sich zu entwickeln:
  • Bronchioli terminales (kleine „leitende“ Atemwege) erstrecken sich und verzweigen sich in die Bronchioli respiratorii.
  • Bronchioli respiratorii führen zu 3–6 Ductuli alveolares (den ersten primitiven Alveolarstrukturen).
  • Vaskularisierung des umgebenden Mesenchyms → Dichte Kapillarnetzwerke beginnen, die Ductuli alveolares zu umgeben.
  • Fusion der kapillaren Kapillaren Kapillaren und respiratorischen epithelialen Basalmembranen
• Typ-II-Pneumozyten:
  • Dickere quaderförmige Zellen (kein Gasaustausch möglich)
  • Kleiden den größten Teil des respiratorischen Epithels und der Alveolen aus
  • Beginnen um Woche 20 mit der Produktion von Surfactant
  • Produzieren Fruchtwasser
  • Minimale Differenzierung in abgeflachte Typ-I-Pneumozyten, die zum Gasaustausch fähig sind
• Surfactant (Abkürzung für „surface active agent“):
  • Hergestellt aus Glykogen
  • Besteht aus:
    • Lipiden (bestehend hauptsächlich aus Phosphatidylcholin)
    • Hydrophoben Surfactantproteinen B und C
    • Hydrophilen Surfactantproteinen
  • In Lamellenkörpern gelagert
  • Bedeckt die Alveolaroberfläche
  • ↓ Oberflächenspannung innerhalb der Alveolen, verhindert ein Kollabieren der Alveolen nach der Geburt.
• Am Ende der kanalikulären Phase:
  • Durch die Bildung der Gasaustauschabschnitte der Lunge Lunge Lunge: Anatomie ist eine gewisse Atmung möglich.
  • Ein Großteil des Fruchtwassers wurde produziert.
  • Die Lungenreife beruht auf der Produktion von Surfactant.
  • Im späteren Stadium dieser Phase geborene Säuglinge können auf der Intensivstation überleben.
• Störungen in dieser Phase: verursachen Schäden an den Gasaustauschkomponenten → strukturellen Veränderungen des Lungenparenchyms

Sakkuläre Phase

In diesem Stadium beginnen die Alveolen zu reifen, da Typ-II-Pneumozyten (quaderförmige Zellen) zu gasaustauschfähigen Typ-I-Pneumozyten abflachen, wodurch die Gasaustauschoberfläche entsteht. Die Surfactant-Produktion nimmt deutlich zu.

• 26. SSW nach Konzeption bis Geburt
• Ductuli alveolares erweitern sich zu Sacculi alveolares und beginnen zu reifen:
  • Typ-II-Pneumozyten (dicke quaderförmige Zellen, die zum Gasaustausch nicht in der Lage sind) → werden flacher zu dünnen Typ-I-Pneumozyten (die zum Gasaustausch fähig sind)
  • Entwicklung zu dünnwandigen Sacculi alveolares (unreife Alveolen)
  • Typ-II-Pneumozyten ↑ Produktion von Surfactant: erreichen in der Regel um die 32. Woche adäquate Werte
• Kapillarnetze wachsen:
  • Kapillaren Kapillaren Kapillaren verbinden sich mit den Sacculi alveolares.
  • Zwischen den Pneumozyten in den Sacculi alveolares und den Endothelzellen bildet sich eine Basalmembran Basalmembran Syndrom der dünnen Basalmembran.
• Gasaustausch wird möglich:
  • Wenn die Reifung von Sacculi alveolares mit dünnen Typ-1-Pneumozyten zu einer Verbindung mit den Kapillaren Kapillaren Kapillaren führt
  • Blut-Luft-Schranke
• Am Ende der Sacculären Phase:
  • Alle Abschnitte des leitenden und respiratorischen Systems wurden gebildet.
  • Sacculi sind dünne, glattwandige Säcke, die zum Gasaustausch fähig sind.
  • Die Surfactant Produktion nimmt zu.
• Neugeborene, die > 32 Wochen geboren wurden, haben eine viel besser Überlebenschance als solche, die nach 24 Wochen geboren wurden.

Alveoläre Phase

Während der alveolären Phase nehmen die Zahl und die Reife der respiratorischen Einheiten weiter zu.

• Von 32. Wochen nach der Konzeption bis zum 8. Lebensjahr
• Abtrennung der Sacculi alveolares → ↑ Oberfläche und führt zur weiteren Reifung der Alveolen
• Kontinuierlicher Ausbau des Kapillarnetzes
• Die Zahl der Alveolen nimmt weiter zu:
  • 50 Millionen Alveolen bei der Geburt
  • Rasch ↑ der Alveolarzahl in den ersten 6 Lebensmonaten
  • Kontinuierliches Wachstum in Anzahl und Größe der Alveolen bis zum Alter von 8
  • Ungefähr 300 Millionen Alveolen im Alter von 8 Jahren

Klinische Relevanz

• Ösophagotracheale Fistel: tritt auf, wenn der Ösophagus durch einen Fistelgang mit der Trachea Trachea Trachea verbunden ist: Eine Ösophagotracheale Fistel wird häufig mit einer Ösophagusatresie in Verbindung gebracht, obwohl mehrere verschiedene anatomische Variationen möglich sind. Die Therapie erfordert eine chirurgische Korrektur.
• Lungenhypoplasie: unvollständige Entwicklung der Lunge Lunge Lunge: Anatomie, was zu einer ungewöhnlich geringen Anzahl oder Größe von bronchopulmonalen Segmenten und/oder Alveolen führt: Eine Lungenhypoplasie kann im pränatalen Ultraschall Ultraschall Ultraschall (Sonographie) mit Diagnose bei der Geburt auf der Grundlage klinischer Befunde und Bildgebung und/oder Lungentests vermutet werden. Die Therapie konzentriert sich auf die Beatmungsunterstützung, und das Überleben hängt vom Grad der Lungenunterentwicklung ab.
• Neonatales Atemnotsyndrom Neonatales Atemnotsyndrom Neonatales Atemnotsyndrom: Erkrankung aufgrund eines Surfactant-Mangels bei einem Frühgeborenen aufgrund der Unreife der Lunge Lunge Lunge: Anatomie. Dieses Syndrom tritt häufig bei Säuglingen auf < 28 Wochen Gestationsalter Gestationsalter Schwangerschaft: Diagnostik, mütterliche Physiologie und Routineversorgung. Die Diagnose erfolgt in der Regel klinisch mit charakteristischen Befunden im Röntgenthorax. Die Therapie umfasst die Prävention von vorzeitigen Wehen und die mütterliche* Gabe von Steroiden zur Förderung der fetalen Lungenreife.
• Atemphysiologie: Menschliche Zellen sind hauptsächlich auf den aeroben Stoffwechsel angewiesen. Daher ist es für das Überleben erforderlich, Sauerstoff aus der Umgebung zu gewinnen und in die Gewebe zu bringen, während das Nebenprodukt der Zellatmung (Kohlendioxid) auf die effizienteste Weise ausgeschieden wird.