Pädiatrie
Autoren
Stefan A. Tschanz und Peter H. Burri

Morphologie der Lunge und Entwicklung des Gasaustauschapparates

Die Lunge beinhaltet 3 Kompartimente: Luft, Gewebe und Blut. Das Lungengewebe liefert das Organgerüst und sorgt dafür, dass Luft und Blut zwar stets getrennt bleiben, aber doch in so engen Kontakt miteinander treten, dass O2 und CO2 durch Diffusion effizient ausgetauscht werden. Nach 15–16 Generationen rein leitender Luftwege mit respiratorischem Epithel, beginnt das Lungenparenchym mit den Acini, welche die Alveolen enthalten. Die feinen Interalveolarsepten bestehen aus einem dichten Kapillarnetz, wenig Bindegewebe und grenzen mit Pneumozyten Typ-1 und -2 an die Atemluft, zu welcher sie eine Oberfläche von ca. 140 m2 aufspannen. Bereits in der 24. SSW, wenn Surfactant-produzierende Typ-2-Pneumozyten auftreten und die dünne Luft-Blut-Schranke sich zu entwickeln beginnt (kanalikuläres Stadium) haben Frühgeborene eine erste Überlebenschance. Die Alveolenbildung beginnt größtenteils nach der Geburt, wobei die nahezu 500 Mio. Alveolen des Erwachsenen mehrheitlich schon im frühen Kindesalter ausgebildet werden. Das Lungenwachstum ist durch eine Erweiterung des parenchymalen Luftraumes und einer weiteren Verfeinerung der Interalveolarsepten, bei gleichzeitigem Wachstum des Kapillarbettes, charakterisiert.

Morphologie der Lunge

Innere Organisation der Lunge

Die Lunge beinhaltet 3 Kompartimente: Luft, Gewebe und Blut, ihre Anteile betragen respektive 86,8 und 6 %. Während die Luft- und Blutvolumina sich mit jedem Atemzug ändern, bildet das Gewebekompartiment das zwar formflexible, aber doch stabile Organgerüst. Ihm kommt die Aufgabe zu, Luft und Blut im Organ zu transportieren, zu verteilen und in innigen Kontakt zueinander zu bringen, sodass zwischen den beiden Medien O2 und CO2 durch Diffusion effizient ausgetauscht werden kann. Die Anforderungen an das System als Ganzes sind extrem hoch, so z. B. an die Gasaustauschregion (= Lungenparenchym) mit der zarten Luft-Blut-Schranke: An den dünnsten Stellen ist die Gewebebarriere mit 0,2 μm ca. 250-mal dünner als Zeitungspapier und trotzdem kommt es beim Atmen, und meist selbst beim Husten, nicht zu einem Austritt von Blut in den Luftraum.
Die Inhalte der Luft- und Blutkompartimente werden laufend erneuert, das Luftvolumen durch die vom Zwerchfell und der thorakalen Atemmuskulatur, sowie der elastischen Retraktionskraft erzeugten Volumenänderungen des Thoraxraums und das Blut im pulmonalen und bronchialen Kreislauf durch die Pumpaktion des Herzens.

Leitende Luftwege

Der Luftwegsbaum der menschlichen Lunge ist nach dem Prinzip der unregelmäßigen Dichotomie aufgebaut, was bedeutet, dass sich von zentral bis peripher jeder Röhrenabschnitt in 2 Äste teilt. Die beiden Äste können aber von ungleichem Kaliber sein, und deren Abgangswinkel vom Stamm kann ebenfalls differieren. Insgesamt kommt es so nach der Trachea (=0. Generation) und den beiden Hauptbronchien (=1. Teilungsgeneration) zur Ausbildung von 22 intrapulmonalen Verzweigungsgenerationen (Abb. 1). Ein Gasaustausch setzt im Mittel erst ab der 15.–16. Generation, nach den Bronchioli terminales (letztes Segment ohne Alveolen) ein, nimmt dann aber peripheriewärts gegenüber der „Luftleitung“ rasch an Bedeutung zu. Die makroskopische Gliederung der Lunge reflektiert das Verzweigungsmuster der ersten Luftwegsgenerationen. So entstehen Lungenlappen und Lungensegmente (Abb. 2) und schließlich die kleineren bereits von Bronchiolen versorgten unvollständig septierten Lobuli und Acini. Der Acinus bezeichnet die funktionale Grundeinheit des Lungenparenchyms, welche von einem Bronchiolus terminalis versorgt wird.
Trachea und Bronchien enthalten in ihrer Wand Knorpelstücke, die entweder als hufeisenförmige, hinten offene Ringe oder als unregelmäßig geformte, in der Größe stark variable Platten in einer sog. Tunica fibrocartilaginea eingelassen sind. Bronchiolen dagegen sind knorpelfrei, besitzen aber eine funktionell bedeutsame Schicht glatter Muskulatur. Die epitheliale Auskleidung der Luftwege bildet von zentral bis peripher ein Kontinuum, dessen strukturelle Modifikation in Abb. 3 wiedergegeben ist. Die Bronchien werden von einem klassischen respiratorischen Epithel ausgekleidet: ein mehrreihiges Flimmerepithel mit eingestreuten Becherzellen, das auf einer kräftigen, auch lichtmikroskopisch auffälligen Basalmembran sitzt. Die sog. Basalzellen, welche mit ihrem Zellapex das Lumen nicht erreichen, stellen den Proliferationspool dar, der die funktionstragenden Zellen durch Teilung, Differenzierung und Reifung ersetzt. Im Epithel eingestreut finden sich auch neuroendokrine Zellen (APUD-Zellen, „amine precursor uptake and decarboxylation“). Diese Elemente können einzeln oder gruppiert in der Form von neuroepithelialen Körpern (NEB, Neuro-Epithelial Bodies) vorkommen. Neben hormonellen Aktivitäten werden dieser heterogenen Zellpopulation auch Funktionen im Bereich der Regeneration und der Sauerstoffdetektion zugeschrieben. Bronchioläre, mit Mikrovilli besetzte Bürstenzellen (= fragliche Chemorezeptoren) und Abwehrzellen sind ebenfalls in verhältnismäßig geringer Zahl eingestreut. Im Epithel vorkommende Nervenendigungen sind heute noch wenig untersucht, könnten aber mit ihrer Reaktivität auf Reizstoffe von großer Bedeutung sein.
In der Lamina propria der Schleimhaut findet sich ein auffallend kräftiges Netz von bevorzugt längs verlaufenden elastischen Fasern. Die seromukösen Glandulae tracheales und bronchiales erstrecken sich oft von der Lamina propria durch die verschiedenen Wandschichten hindurch bis in die Adventitia hinein. Diese Drüsen und die Becherzellen produzieren sowohl eine niedrig visköse Flüssigkeitsschicht, in der die Zilien schlagen, wie auch die klebrige muköse Deckschicht, deren Funktion nebst Befeuchtung der Luft im Abfangen von in der Einatmungsluft enthaltenen Partikeln besteht. Dank dem synchronisierten rhythmischen Zilienschlag werden die Partikel in effizienter Weise rachenwärts transportiert und durch Verschlucken entsorgt. Zur Peripherie hin nimmt das Epithel stetig an Höhe ab, um schließlich einschichtig zu werden. In den Bronchiolen werden die Becherzellen durch Keulen- oder Clubzellen (ehemals Clara-Zellen) ersetzt, welche dort zwischen 10 und 20 % der Zellpopulation ausmachen. Sie sind funktionell heterogen, wobei sie sicher sekretorisch tätig sind und verschiedene Bestandteile des Oberflächenfilms der Bronchiolen produzieren, u. a. stellen sie die Hauptquelle des Clubzell-sekretorischen Proteins (CCSP oder CC16) dar. Weitere wichtige Rollen der Keulen-Zellen sind Immunmodulation, Detoxikation (Sauerstoffradikale u. a.) sowie als Stammzellen für die Regeneration des Luftwegsepithels.

Blutgefäße

Die Lunge wird von 2 nicht vollständig getrennten Blutkreisläufen versorgt.
A.
Der Lungenkreislauf (auch als Vasa publica bezeichnet) dient der Versorgung des gesamten Organismus mit Sauerstoff und evakuiert das im Körper anfallende Kohlendioxid in die Ausatmungsluft. Der Truncus pulmonalis entspringt dem rechten Ventrikel, führt venöses Blut und bedient mit der rechten und der linken Aa. pulmonales respektive die rechte und die linke Lunge. Generell verlaufen die sich aufteilenden pulmonalen Arterien mit den Bronchien und versorgen schließlich über die Arteriolen das Kapillarnetz des Lungenparenchyms. Die Lungenvenen sammeln das nun O2-reiche Blut und führen es zurück zum Herzen in den linken Vorhof, wo je 2 rechte und 2 linke Vv. pulmonales münden.
 
B.
Der Bronchialkreislauf (auch als Vasa privata bezeichnet, d. h. für den Eigengebrauch bestimmt) versorgt das Gewebe der gröberen Leitstrukturen der Lunge. Die Bronchialarterien (Rami bronchiales) sind als Äste des großen Kreislaufs kleine muskuläre Arterien von kräftigem Wandbau. Sie entstammen der Aorta, respektive den Interkostalarterien und verlaufen im Begleitbindegewebe der großen Luftwege bis zu den Bronchiolen. Das Blut aus dem bronchialen Kapillarnetz zentraler Lungenabschnitte sammelt sich in kleinen Venen, welche in die V. azygos, respektive V. hemiazygos abfließen. Weiter peripheriewärts in der Lunge fließt das Blut aus dem Bronchialkreislauf in die Lungenvenen ab. Dadurch kommt es zu veno-venösen Verbindungen zwischen den beiden Kreisläufen. Weitere bronchopulmonale Verbindungen bestehen offenbar auf verschiedenen Ebenen (arterio-arterielle und arterio-venöse Anastomosen), aber über deren funktionelle Bedeutung herrscht Unklarheit.
 

Bindegewebsgerüst der Lunge und Lymphabfluss

Die Lymphbahnen der Lungen halten sich an die gröberen Bindegewebsstrukturen, deren Anordnung hier kurz zu schildern ist.
Das bindegewebige Gerüst der Lunge lässt sich in 3 Anteile gliedern:
  • Das axiale Bindegewebe, welches den Bronchialbaum und die Begleitarterien einhüllt und sich prinzipiell vom Hilus bis in die Alveoleneingangsringe erstreckt.
  • Das Mantelbindegewebe (auch peripheres Bindegewebe genannt), welches primär die Hülle der Lunge bildet. Von der Bindegewebsschicht unter der Pleura visceralis ziehen Septen in das Organ hinein und teilen es unvollständig in größere und kleinere Parenchymuntereinheiten.
  • Das septale Bindegewebe, welches die Interalveolarsepten durchzieht und somit axiales und peripheres Bindegewebe miteinander verspannt.
Diese Bauweise sorgt dafür, dass die dünnwandigen Bronchiolen des Lungenparenchyms auch beim Ausatmen offen bleiben. Lymphgefäße kommen nur im axialen und im Mantelbindegewebe vor. Im Lungenparenchym selbst wird die interstitielle Flüssigkeit des Lungenläppchens im Bindegewebe des Interalveolarseptums entweder zentralwärts zu den peribronchialen und perivaskulären Bindegewebsscheiden oder zunächst peripheriewärts ins Mantelbindegewebe hingeführt, wo sie von Lymphkapillaren aufgenommen wird, um schließlich hiluswärts abzufließen. Die ersten Lymphknotenstationen liegen intrapulmonal (Nodi lymphatici pulmonales), die nächsten liegen dann an den Lappenbronchien (Nodi lymphatici bronchopulmonales), die weiteren an den Hauptbronchien, an der Bifurkation sowie entlang der Trachea (Nodi lymphatici tracheobronchiales superiores et inferiores und Nodi lymphatici tracheales). Der Lymphabfluss gelangt links via Truncus bronchomediastinalis sinister und Ductus thoracicus und rechts via Truncus bronchomediastinalis dexter in die entsprechenden Venenwinkel (Vereinigungen der V. jugularis interna und der V. subclavia links und rechts).

Innervation

Die Lunge wird sympathisch und parasympathisch innerviert. Die Nervenfasern aus Truncus sympathicus und N. vagus bilden ein Geflecht, das sich als Plexus pulmonalis um den jeweiligen Hauptbronchus ausbreitet und am Hilus in die Lunge eindringt. Der Plexus innerviert vornehmlich die glatte Muskulatur der Luftwege und Gefäße, aber auch Drüsen. Die Afferenzen in parasympathischen und sympathischen Fasern stammen von Dehnungs- und möglicherweise Chemorezeptoren und führen auch Schmerzempfindungen zentralwärts.

Feinbau der Gasaustauschregion

Alveolen

Der Gasaustausch der Lunge findet im Lungenparenchym in den Alveolen statt. Ab ca. der 15. Generation der Luftwege, dem Beginn eines Acinus, treten diese kleinen Bläschen auf (Abb. 1), die traubenförmige Gruppen bilden und die respiratorischen Bronchiolen und die Ductus und Sacci alveolares umlagern (Abb. 4). Es sind polyhedrische Strukturen, deren eine wandlose Seite sich zu den Luftwegen öffnet. Ihre dichte Packung wird oft mit der Anordnung von Honigwaben verglichen. Die hohe geometrische Komplexität des Lungenparenchyms wird auch durch die bemerkenswert hohe Zahl von annähernd 500 Mio. Alveolen im Adulten unterstrichen. Dies resultiert in einer hohen Gasaustauschoberfläche, welche im 1. Lebensjahr bereits 15–20 m2 und bei Erwachsenen beeindruckende 140 m2 erreicht.
Eine Alveolarwand ist, außer in den periphersten Bläschen, stets 2 benachbarten Alveolen gemeinsam und wird deshalb als interalveoläres (oder auch einfach alveoläres) Septum bezeichnet (Abb. 5). In der Alveolarwand liegt ein sehr dichtes Kapillarnetz, das ungefähr 50 % des Septumvolumens einnimmt. Ein Netz von elastischen Fasern und kollagenen Fibrillen zieht durch die Maschen des Kapillarnetzes. Es ist Teil eines Kontinuums, das durch das Lungenparenchym von der Pleura zum Hilus zieht und deshalb Brustwand- und Zwerchfellbewegungen bis in die Tiefe des Organs weitervermitteln kann. Die elastischen Fasernetze tragen zur Retraktionskraft der Lunge bei, allerdings nur etwa zu einem Drittel, da der größere Anteil durch Oberflächenkräfte an der Luft-Flüssigkeits-Grenze erzeugt wird.
Die Interalveolarsepten sind durch kleine rundliche Löcher durchbrochen, die sog. Kohn-Poren (Abb. 4). Sie haben einen Durchmesser von 3–15 μm und sind unter normalen Bedingungen durch eine Surfactant-Doppellage (s. unten) verschlossen. Aus diesem Grund ist wohl die Hypothese dass sie der Nebenbelüftung benachbarter Alveolen dienen, nicht korrekt. Hingegen stellen sie für die Makrophagen, welche im Surfactant an der Alveolaroberfläche herumkriechen, Durchtrittsstellen von einer Alveole zur anderen dar.

Luft-Blut-Schranke

Die Luft-Blut-Schranke besteht aus 3 Komponenten (Abb. 5): eine äußerst dünn ausgezogene Typ-1-Epithelzellplatte, eine dünne Schicht interstitiellen Gewebes, die in den dünnsten Abschnitten der Barriere auf eine einfache Basalmembran reduziert ist, und eine dünn ausgezogene Endothelschicht. Die mittlere Schrankendicke, gewichtet entsprechend der Diffusionsrelevanz (= sog. harmonisches Mittel), liegt bei 0,6 μm. An vielen Stellen beträgt die Schrankendicke lokal unter 0.2μm. Auf der alveolären Oberfläche liegt ein dünner Flüssigkeitsfilm, der Surfactant, welcher an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche die Oberflächenspannung herabsetzt, wodurch das Atmen erst möglich wird. Er stellt ein komplexes wässriges Gemisch von Phospholipiden und Proteinen dar, das elektronenmikroskopisch als Hypophase mit einem osmiophilen Oberflächenfilm dargestellt werden kann. Gleichzeitig füllt der Surfactant die Nischen und Vertiefungen des Alveolarepithels sowie die Kohn-Poren aus und glättet damit die innere Oberfläche der Lunge.

Alveolarepithelzellen

Zwischen 90 und 95 % der Gasaustauschoberfläche wird von Typ-1-Pneumozyten bedeckt. Es sind platt ausgezogene Zellen, die derart weitreichende dünne Zytoplasmalamellen (Dicke oft nur 0,05–0,2 μm) besitzen, dass sie wohl wegen dieser extremen Spezialisierung ihre Teilungsfähigkeit verloren haben. Die Kernregion dieser Zellen ist zwar dicker, aber spärlich mit Zellorganellen ausgestattet. Sie liegt oft in Maschen des Kapillarnetzes, wo sie nicht mit der Gasdiffusion interferiert. Eine einzelne Zelle kann mit ihren Ausläufern sogar beide Seiten eines Septums überziehen. Die Typ-2-Pneumozyten bedecken zwar nur 5–8 % der Alveolaroberfläche, sind aber als kleine, rundliche Nischenzellen wesentlich zahlreicher (bis 1,5-mal) als die Typ-1-Zellen. Ihr Zytoplasma ist gut mit Organellen ausgestattet und enthält apikal besondere Granula, die Lamellenkörperchen, welche die intrazellulär gespeicherte, sichtbare Vorstufe des Surfactants darstellen. Neben dieser sekretorischen Aktivität gelten die Typ-2-Zellen auch als Stammzellen für den epithelialen Zellersatz der Alveolaroberfläche: Dies bedeutet, dass sie sich in Typ-1-Pneumozyten differenzieren können.
Der Pneumozyt 3 schließlich ist ein seltener Zelltyp, der wegen seiner Bündel von typischen, an der Spitze abgeflachten Mikrovilli auch als pulmonale Bürstenzelle bezeichnet wird. Am häufigsten werden Bürstenzellen jedoch in den Luftwegen, besonders in den peripheren Bronchiolen gefunden. Ähnliche oder gleiche Zellen kommen aber auch in den Epithelien anderer vom Entoderm abstammenden Organe vor. Ihre Funktion ist (speziell im Respirationstrakt) unbekannt und ihr Wirken als Chemorezeptoren hypothetisch.
Da die Lunge konsequent auf die Gasaustauschfunktion ausgerichtet ist, verwundert es nicht, dass das parenchymale Interstitium volumenmäßig so knapp wie möglich ausgelegt ist. Zudem ist seine Anordnung so optimiert, dass eine Septumkapillare höchstens auf einer Seite von einem etwas breiteren Band von Interstitium flankiert wird; auf der anderen Seite finden sich jeweils die dünnen Abschnitte der Luft-Blut-Schranke (Abb. 5).
Die Zellen des interstitiellen Bindegewebes des alveolären Septums stellen keine einheitliche Population dar. Neben Produktion und Unterhalt der Fasern und der extrazellulären Matrix des Septums hat ihre Kontraktilität eine große funktionelle Bedeutung. Sie verspannen Epithelien und Endothelien miteinander und regulieren die Compliance des Bindegewebsraums. Sie können dadurch unter physiologischen Bedingungen die Akkumulation von Flüssigkeit im interstitiellen Raum verhindern. Obschon die Zellen generell als Myofibroblasten bezeichnet werden, muss man heute annehmen, dass je nach Lokalisation (lungenperipher oder -zentral,oder entsprechend der Position im Septum) ihre Funktion spezifisch angepasst ist. Sie können auf Differenzierung und Funktion des darüber liegenden Epithels Einfluss nehmen.
Die Endothelzellen schließlich bilden die Kapillarwand. Mit ihren dünnen Ausläufern ähneln sie den Typ-1-Zellen, breiten sich aber weniger weit aus. Die Lungenkapillaren sind vom geschlossenen Typ, d. h. von einer undurchbrochenen Endothelzelllage umgeben. Zusätzlich werden sie von einer Basalmembran umhüllt, die sie sich an den dünnen Stellen der Luft-Blut-Schranke mit den Pneumozyten teilen. Die Kapillarendothelien sind mit Perizyten assoziiert.

Lungenentwicklung

Tab. 1 und Abb. 6 geben eine Übersicht über die Abschnitte und Stadien der Lungenentwicklung. Um den 26. Tag entsteht die Lungenanlage als ventrale Knospe des Vorderdarms, die rasch ins umliegende Mesenchym vorwächst und sich dabei irregulär dichotom teilt. Bald sind Lappen- und Segmentbronchien präformiert, und die Lunge tritt ins pseudoglanduläre Stadium ein. Während früher einhellig die Ansicht herrschte, dass in diesem Stadium nur der konduktive Abschnitt des Luftwegbaums entsteht, bestehen deutliche Hinweise, wonach auch wesentliche Anteile des prospektiv respiratorischen Parenchyms ausgebildet werden. Um die 17. Woche lassen sich die Anlagen der künftigen Acini bereits erkennen (15. Luftwegsgeneration), ein Merkmal, welches den Übergang vom pseudoglandulären Stadium ins kanalikuläre markiert. Die kanalikuläre Phase ist für die Klinik von großer Bedeutung. Es kommt zu einer massiven Kapillarisierung des Parenchyms und damit gekoppelt zu einer Differenzierung der bis dahin kubischen Epithelien in Typ-1- und Typ-2-Pneumozyten. Gegen Ende dieses Stadiums liegen also bereits dünne Luft-Blut-Schranken (Typ-1-Zellen) vor, und differenzierte Typ-2-Zellen nehmen die Surfactant-Produktion auf. Damit erhält ein Frühgeborenes noch vor Ende dieses Stadiums (ca. 24. SSW) erstmals eine Überlebenschance (Kap. „Lungenkrankheiten bei Früh- und Neugeborenen“).
Tab. 1
Stadien der Lungenentwicklung
Periode
Stadium
Zeitspanne
Dauer
SSL
Ereignis
Embryonale Periode
Embryonales Stadium
26. Tag bis 8. Woche
30 Tage
0,3–2,5 cm
Organogenese, Bildung der großen Luftwege
Fetale Periode
Pseudoglanduläres Stadium
5.–17. Woche
85 Tage
0,6–12 cm
Bildung des Bronchialbaums und von Abschnitten der prospektiven Gasaustauschzone; „Geburt des Acinus“
 
Kanalikuläres Stadium
16.–26. Woche
70 Tage
10–23 cm
Bildung weiterer Luftwegsgenerationen im Lungenparenchym; Differenzierung des Epithels: Bildung dünner Luft-Blut-Schranken, Start der Surfactant-Produktion
 
Sakkuläres Stadium
24. Woche bis Geburt
100 Tage
22–35 cm
Expansion der Lungenperipherie; Abschluss der Teilung des Luftwegssystems
Postnatale Periode
Stadium der Alveolenbildung
36. Woche a.p. bis 18. Monat p.p
560 Tage
33 cm
Alveolisation durch Septierung
 
Stadium der mikrovaskulären Reifung
Geburt bis 2.–3. Jahr
2–3 Jahre
 
Umbau der interalveolären Septen; Restrukturierung und Reifung des Kapillarbetts
SSL Scheitel-Steiß-Länge, a.p. ante partum, p.p. post partum
In der folgenden sakkulären Phase kommt es zu einer massiven Erweiterung der Gasaustauschzone und vermutlich zur Bildung der letzten Generationen der Lufträume. Die Endabschnitte werden von kleinen Sacculi gebildet, die sehr oft unpräzise bereits als Alveolen bezeichnet werden. Die eigentliche Alveolisation setzt aber erst wenige Wochen vor der Geburt ein. Die Anzahl der Alveolen im Moment der Geburt ist umstritten, die Angaben verschiedener Autoren gehen von praktisch keinen Alveolen bis zu 100 Mio. Das Zählen der entstehenden Alveolen ist tatsächlich ein schwieriges technisches Unterfangen. Man kann aber annehmen, dass im Durchschnitt wohl höchstens ein Sechstel der Alveolen des adulten Menschen bei der Geburt vorhanden sind. Die Alveolisation ist folglich klar ein hauptsächlich postnataler Prozess.
Ein Merkmal der sakkulären Lunge ist das Vorhandensein von 2 aufeinanderliegenden flächenhaften Kapillarnetzen in den intersakkulären Septen. Diese unreife Septenstruktur ist Voraussetzung für den Alveolisationsvorgang (Abb. 7). Unter dem Einfluss des Zugs elastischer Fasernetze werden neue interalveoläre Septen durch Auffaltung einer der beiden Lagen von Kapillaren gebildet (Abb. 7d). Diese Auffaltungen sind als Sekundärsepten bezeichnet worden, im Gegensatz zu den Primärsepten, welche die Sacculi voneinander abgrenzen. Aus Abb. 7 wird deutlich, dass aber primäre und sekundäre Septen doppelte Kapillarnetze besitzen. Beide Formen sind somit unreif im Vergleich zu typischen adulten Interalveolarwänden (Abb. 5 und 7e). Deshalb ist die Lungenentwicklung mit der Phase der Alveolisierung noch nicht abgeschlossen. Die ganze Kapillardoppellage der Interalveolarsepten muss noch in die reife adulte Form transformiert werden. Dies geschieht in der Phase der mikrovaskulären Reifung (Abb. 7e). Durch diesen letzten Prozess gewinnt das Lungenparenchym erst sein definitives Aussehen: schlanke interalveoläre Septen, in denen ein einziges Kapillarnetz mit den Bindegewebsfasern verwoben ist. Die auffällige Veränderung der Kapillarstruktur wird durch zwei Prozesse ermöglicht: Kapillarfusionen zwischen den beiden Kapillarschichten und differenzielles Wachstum, d. h. fusionierte Abschnitte wachsen schneller und stärker als nicht verschmolzene. Durch diese Vorgänge, die z. T. überlappend mit der Alveolisation ablaufen, wird die Lungenentwicklung etwa im 3. Lebensjahr grosso modo abgeschlossen und es liegt eine „reife“ Lunge vor.
In der Parenchymperipherie (subpleural, perivaskulär, peribronchial) sind, aufgrund der dortigen Anordnung der Kapillaren, die strukturellen Voraussetzungen für eine anhaltende Alveolenbildung lebenslang gegeben. Im Nagermodell wurde, nach Abschluss der klassischen Alveolisation, explizit eine zweite Phase der Alveolenbildung bis in die Adoleszenz beobachtet. Es wird auch diskutiert, ob in reifen Septen durch Reduplizierung des Kapillarbettes neue Interalveolarsepten aufgefaltet werden können. Es ist noch nicht klar, in wieweit diese potenziell regenerativen Gegebenheiten beim Menschen relevant sind.

Wachstum der Lunge

Während der letzten postnatalen Entwicklungsschritte kommt es noch zu markanten quantitativen Verschiebungen in den Kompartimenten der Lunge. Morphometrische Untersuchungen an Kinderlungen haben ergeben, dass sich während der Alveolisation und der mikrovaskulären Reifung die quantitative Zusammensetzung der parenchymalen Kompartimente sehr stark verändert. In den ersten 18 Monaten nach der Geburt findet ein überproportionales Wachstum der parenchymatösen Luft- und Blutvolumina statt. Dies bedeutet nicht nur, dass die Lunge lufthaltiger wird, sondern auch, dass die massive Umstrukturierung des Kapillarbetts mit der Reduktion der Doppellage von Kapillaren zu einer einfachen Schicht mit einem kräftigen Wachstumsschub des Kapillarnetzes verbunden ist. Damit steigt der Kapillarblutanteil im Septum auf über 40 % oder der Kapillaranteil inklusive Endothel auf über 50 %. Dieses massive Wachstum des Kapillarbetts geschieht überwiegend durch das sog. intussuszeptive Kapillarwachstum1 und nicht durch Sprossung neuer Kapillaren. Dies bedeutet, dass in das flächenhafte Lungengefäßbett nach Erweiterung der Kapillaren schlanke transkapilläre Gewebepfeiler (Durchmesser unter 1,5 μm) eingefügt werden. Diese wachsen anschließend zu Kapillarmaschen heran. Durch den Vorgang werden die Kapillaren vermehrt und die Kapillaroberfläche vergrößert.
Die intussuszeptive Wachstumsform wurde erstmals in der Lunge beschrieben, aber mittlerweile in vielen Organen und in verschiedenen Spezies nachgewiesen. Es konnte auch gezeigt werden, dass der Intussuszeptionsmechanismus an der Organisation und Restrukturierung des Gefäßbaums beteiligt ist.
Während der prozentuale Volumenanteil an Epithel- und Endothelgewebe relativ stabil bleibt, nimmt das Interstitium in den ersten 18 Monaten deutlich ab; dies geschieht besonders auf Kosten der zellulären Bestandteile.
Ab dem Alter von 2–3 Jahren laufen die Wachstumsprozesse in den Parenchymkompartimenten gleichmäßiger ab. Auch wenn noch feine Verschiebungen wie z. B. ein Trend zur Zunahme des Parenchymluftvolumens auf Kosten des Gewebeanteils morphometrisch nachgewiesen werden kann, darf man eine Kinderlunge im Alter von 2–3 Jahren annähernd als miniaturisierte Erwachsenenlunge betrachten.
Fußnoten
1
Intussuszeptives Wachstum bedeutet Wachstum in sich selbst, d. h. durch Einfügen gleicher Struktureinheiten im Innern, wie z. B. beim Knorpelwachstum.
 
Weiterführende Literatur
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