Physiologie und Pathophysiologie der bronchialen Sekretion[1]

Zusammenfassung

Die Mechanismen der bronchialen Sekretion sind wesentlicher Bestandteil der passiven Abwehrmechanismen des Organismus gegenüber chemischen, physikalischen und vor allem infektiösen Einflüssen. Bronchialsekret wird überwiegend in Becherzellen und submukösen Drüsen gebildet, auch geringe Mengen von Surfactant aus den alveolaren Typ-2-Pneumozyten gelangen in das Bronchialsekret. Das Bronchialsekret bildet zusammen mit dem Zilienapparat der Bronchialepithelien eine funktionelle Einheit („mucoziliäre Clearance”). Dabei bewegen sich die Zilien in der wässrigen Sol-Phase des Bronchialsekretes, die Zilienspitzen ragen an die hochvisköse Gel-Phase heran und bewegen Schleimpartikel und darin impaktierte Stäube, Aerosole und z. B. Bakterien nasalwärts. Die Gel-Phase des Bronchialsekrets besteht neben Wasser überwiegend aus Mucinen (MUC) und freien Proteinen bis heute sind mehr als 18 verschiedene MUC-Gene bekannt. Diese werden in den mukösen und submukösen Drüsen gebildet. Bronchialsekret enthält darüber hinaus z. B. eine Vielzahl antibakteriell wirksamer Substanzen wie z. B. Lysozym, Lactoferrin, sekretorisches IgA, Complementfaktoren, β-Defensine u. a. Akute entzündliche oder toxische Reize führen zu einer Mucin-Hypersekretion die über eine Vielzahl von Zytokinen und Chemokinen aber auch direkt über manche inhalative Schadstoffe (z. B. Acrolein) oder durch Lipopolysaccharide stimuliert werden kann. Chronische entzündliche Mechanismen führen darüber hinaus zur Hyperplasie von Becherzellen und submukösen Drüsen, so dass die „Produktionskapazität” für Bronchialsekret langfristig steigt. Die Mechanismen der „mukoziliären Clearance” bilden eine funktionelle Einheit mit den Hustenmechanismen, die an anderer Stelle dargestellt werden.

Abstract

The mechanisms of bronchial secretion are an important part of the innate defense system that protects the airways against pathogens and environmental toxins. Bronchial secretions are mainly produced by goblet cells and submucosal glands but also small amounts of surfactant from clara cells and some other fluids are part of the airway epithelium fluid. Together with the ciliary system the bronchial secretions are essential for the bronchial clearance (“mucociliary clearance”). Cilia beat within a periciliary layer with low viscosity (“sol-phase”). They move the overlying mucous sheet (“gel-phase”) by their tips towards the nose to remove those mucous particles together with foreign material and pathogens from the airways. The gel-layer of the airway epithelium fluid is formed mainly by water, mucins (MUC) and free proteins. Mucins are highly glycosylated macromolecules, todate more than 18 different MUC-genes have been described. In addition the airway epithelium fluids contains many antibacterial proteins and peptides including lysozyme, lactoferrin, secretory IgA, complement, β-defensines as well as many others. Acute inflammatory or toxic stimuli can promote hypersecretion of mucins mediated by a large variety of cytokines and chemokines or even directly like some toxins. Chronic inflammatory conditions like asthma or COPD are associated with hyperplasia of goblet cells and submucosal glands thus increasing the secretory capacity of the airways. The system of mucociliary clearance forms a functional unit together with the coughing mechanisms discussed elsewhere in this journal.

Literatur

• 1 Puchelle E, De Bentzmann S, Zahm J M. et al .Defence properties of airway surface liquid. In: Gibson GJ, Geddes DM, Costabel U et al. (Hrsg.) Respiratory Medicine. Edinburgh: Elsevier 194-204
• 2 Ficker J H, Strauß R, Steininger H. et al . Therapieresistentes Unterlappeninfiltrat und exzessive Sputumproduktion („Bronchorrhoe”).  Med Klinik. 1998;  93 438
• 3 Lee R MKW, Forrest J B. Structure and Function of Cilia. In: Crystal RG, West JB, Barnes PJ et al. (Hrsg.) The Lung - Scientific Foundations. Philadelphia: Lippincort-Raven 1996: 459-478
• 4 Rose M C, Voynow J A. Respiratory Tract Mucin Genes an Mucin Glycoproteins in Health and Disease.  Physiol Rev. 2006;  86 245-278
• 5 Hewson C A, Edbrooke M R, Johnston S L. PMA induces the MUC5AC respiratory mucin in human bronchial epithelial cells, via PKC, EGF/TGF-alpha, Ras/Raf, MEK, ERK and Sp1-dependent mechanisms.  J Molecular Biology. 2004;  344 (3) 683-695
• 6 Hamamoto J, Kohrogi H, Kawano O. et al . Esophageal stimulation by hydrochloric acid causes neurogenic inflammation in the airways.  J Appl Physiol. 1997;  82 (3) 738-745
• 7 Fitzgerald D A, Hilton J, Jepson B. et al . A crossover, randomized, controlled trial of dornase alfa before versus after physiotherapy in cystic fibrosis.  Pediatrics. 2005;  116 (4) e549-554
• 8 Köhler D. Physiologie und Pathophysiologie des Hustens.  Pneumologie. 2008;  62 (Suppl. 1) S14-S17

1 Nach dem Vortrag „Physiologie und Pathophysiologie der bronchialen Sekretion” im Rahmen der Fortbildungsveranstaltung „Husten-Helfen - Beatmen, Sekretmanagement und Beatmung bei neuromuskulären Erkrankungen” am 24.11.2006 in Nürnberg (Leitung: Prof. Dr. med. M. Winterholler, Rummelsberg).