Im oberen Teil der Atemwege fangen die Nasenhaare in den Nasenlöchern große Partikel ein, und der Niesreflex kann auch ausgelöst werden, um sie auszustoßen. Die Nasenschleimhaut fängt auch Partikel ein, die ihren Eintritt weiter in den Trakt verhindern. Im Rest der Atemwege lagern sich Partikel unterschiedlicher Größe entlang verschiedener Teile der Atemwege ab. Größere Partikel werden höher in den größeren Bronchien eingeschlossen. Wenn die Atemwege enger werden, können nur kleinere Partikel passieren. Die Verzweigungen der Atemwege verursachen Turbulenzen im Luftstrom an allen ihren Verbindungsstellen, wo sich Partikel ablagern können und sie niemals die Alveolen erreichen. Nur sehr kleine Krankheitserreger können in die Alveolen gelangen. Die mukoziliäre Clearance dient dazu, diese Partikel zu entfernen und Krankheitserreger aus den Atemwegen einzufangen und zu entfernen, um das empfindliche Lungenparenchym zu schützen und den Atemwegen Schutz und Feuchtigkeit zu bieten.

Die mukoziliäre Clearance nimmt auch an der pulmonalen Elimination teil, die beim Ausatmen Substanzen entfernt, die aus den Lungenkapillaren in den Alveolarraum abgegeben werden.

Komponentenbearbeiten

In den Atemwegen, von der Luftröhre bis zu den terminalen Bronchiolen, besteht die Auskleidung aus Flimmerepithel. Die Zilien sind haarartige, mikrotubuläre Strukturen auf der luminalen Oberfläche des Epithels. Auf jeder Epithelzelle befinden sich etwa 200 Zilien, die ständig mit einer Geschwindigkeit zwischen 10 und 20 Mal pro Sekunde schlagen.

Die Zilien sind von einer periciliären Flüssigkeitsschicht (PCL) umgeben, einer Solschicht, die mit der Gelschicht des Schleims überlagert ist. Diese beiden Komponenten bilden die epitheliale Auskleidungsflüssigkeit (ELF), auch bekannt als Atemwegsoberflächenflüssigkeit (ASL), deren Zusammensetzung streng reguliert ist. Die Ionenkanäle CFTR und ENaC arbeiten zusammen, um die notwendige Hydratation der Atemwegsoberflächenflüssigkeit aufrechtzuerhalten. Ein wichtiger Faktor ist die Geschwindigkeit der Mucinsekretion. Der Schleim hilft, die epitheliale Feuchtigkeit aufrechtzuerhalten und fängt Partikelmaterial und Krankheitserreger ein, die sich durch die Atemwege bewegen, und seine Zusammensetzung bestimmt, wie gut die mukoziliäre Clearance funktioniert.

MechanismEdit

Innerhalb der dünnen periciliären Flüssigkeitsschicht schlagen die Zilien koordiniert zum Pharynx, wo der transportierte Schleim entweder verschluckt oder ausgehustet wird. Diese Bewegung in Richtung Pharynx erfolgt entweder von den unteren Atemwegen nach oben oder von den Nasenstrukturen nach unten, um den ständig produzierten Schleim zu entfernen.

Jedes Cilium ist etwa 7 µm lang und an seiner Basis fixiert. Sein Schlag besteht aus zwei Teilen, dem Krafthub oder Effektorhub und dem Erholungshub. Die Bewegung der Zilien findet in der Periciliarflüssigkeit statt, deren Tiefe etwas kürzer ist als die Höhe eines verlängerten Ziliums. Dadurch können die Zilien während ihrer vollen Ausdehnung im Effektorhub in die Schleimschicht eindringen und den Schleim gerichtet von der Zelloberfläche wegtreiben. Im Wiederherstellungshub biegt sich das Zilium von einem Ende zum anderen und bringt es zurück zum Ausgangspunkt für den nächsten Krafthub. Die zurückkehrenden Zilien biegen sich, um vollständig in die PCL einzutauchen, was dazu führt, dass eine Rückwärtsbewegung des Schleims verringert wird.

Die koordinierte Bewegung der Zilien auf allen Zellen wird in einer nicht klaren Weise ausgeführt. Dies erzeugt wellenartige Bewegungen, die sich in der Luftröhre mit einer Geschwindigkeit zwischen 6 und 20 mm pro Minute bewegen. Die erzeugte Welle ist eine metachronale Welle, die den Schleim bewegt. Viele mathematische Modelle wurden entwickelt, um die Mechanismen des Ziliarschlags zu untersuchen. Dazu gehören Modelle zum Verständnis der Erzeugung und des Rhythmus der metachronalen Welle sowie der Erzeugung der Kraft im effektiven Hub des Ziliums.