De luchtpijp en de steelbronchiën

Structuurontwerp van de luchtwegen

De hiërarchie van de scheidende luchtwegen, en deels ook van de bloedvaten die de long binnendringen, bepaalt voor een groot deel de interne longstructuur. Functioneel kan het intrapulmonale luchtwegstelsel worden onderverdeeld in drie zones, een proximale, zuiver geleidende zone, een perifere, zuiver gasuitwisselende zone, en een overgangszone daartussen, waar beide functies in elkaar overgaan. Vanuit morfologisch oogpunt is het echter zinvol de relatief dikwandige, zuiver luchtgeleidende buizen te onderscheiden van de takken van de luchtwegenboom die structureel zijn ontworpen om gasuitwisseling mogelijk te maken.

Het structurele ontwerp van de luchtwegenboom is functioneel belangrijk omdat het vertakkingspatroon een rol speelt bij het bepalen van de luchtstroming en de afzetting van deeltjes. Bij het modelleren van de menselijke luchtwegenboom is men het er algemeen over eens dat de luchtwegen vertakken volgens de regels van de onregelmatige dichotomie. Regelmatige dichotomie betekent dat elke vertakking van een boomstructuur aanleiding geeft tot twee dochtertakken van identieke afmetingen. Bij onregelmatige dichotomie kunnen de dochtervertakkingen echter sterk verschillen in lengte en diameter. De modellen berekenen het gemiddelde pad van de luchtpijp naar de longperiferie als bestaande uit ongeveer 24-25 generaties van takken. Individuele paden kunnen echter variëren van 11 tot 30 generaties. De overgang tussen de geleidende en de ademhalingsgedeelten van een luchtweg ligt gemiddeld aan het eind van de 16e generatie, als de luchtpijp als generatie 0 wordt geteld. De geleidende luchtwegen bestaan uit de luchtpijp, de twee bronchiën, de bronchiën en de bronchiolen. Hun functie is de ingeademde lucht verder op te warmen, te bevochtigen en te reinigen, en deze te verdelen over de gasuitwisselingszone van de longen. Zij zijn bekleed met het typische ademhalingsepitheel met gecilieerde cellen en talrijke slijmafscheidende gobletcellen. De ciliaire cellen zijn ver in de luchtwegenboom aanwezig; hun hoogte neemt af naarmate de luchtwegen nauwer worden, evenals de frequentie van de gobletcellen. In de bronchiolen zijn de gobletcellen volledig vervangen door een ander type secretiecellen, de Clara-cellen. Het epitheel wordt bedekt door een laag van vloeistof met lage viscositeit, waarbinnen de trilharen een gesynchroniseerde, ritmische, naar buiten gerichte slag uitoefenen. In grotere luchtwegen wordt deze vloeistoflaag bedekt met een deken van slijm van hoge viscositeit. De slijmlaag wordt meegesleurd door de ciliaire werking en voert de onderschepte deeltjes mee naar de keelholte, waar ze worden doorgeslikt. Dit ontwerp kan worden vergeleken met een transportband voor deeltjes, en het mechanisme wordt inderdaad de mucociliaire roltrap genoemd.

Waar kraakbeenringen of -platen steun geven aan de wanden van de trachea en bronchi, ontlenen de wanden van de bronchiolen, zonder kraakbeen, hun stabiliteit aan hun structurele integratie in de gasuitwisselende weefsels. De laatste zuiver geleidende luchtweggeneraties in de long zijn de terminale bronchiolen. Distaal wordt de luchtwegstructuur sterk gewijzigd door het verschijnen van komvormige uitstulpingen van de wanden. Deze vormen minuscule luchtkamers en vormen de eerste gasuitwisselende alveoli op het luchtwegpad. In de alveoli maakt het respiratoire epitheel plaats voor een zeer vlakke bekledingslaag die de vorming van een dunne lucht-bloedbarrière mogelijk maakt. Na verscheidene generaties (Z) van dergelijke respiratoire bronchiën zijn de alveoli zo dicht opeengepakt langs de luchtweg dat een eigenlijke luchtwegwand ontbreekt; de luchtweg bestaat uit alveolaire ducten. De laatste generaties van de luchtwegboom eindigen blindelings in de alveolaire zakken.