Respirationstrakt

Das respiratorische System hat die physiologische Funktion, den Organismus mit Sauerstoff zu versorgen und überschüssiges Kohlendioxid aus dem Stoffwechsel zu entfernen. Um eine effiziente Diffusion von Gasen zwischen Atemluft und Blut zu gewährleisten, muss eine sehr große Austauschfläche (die Alveolen) mit einer sehr dünnen Membran (alveolokapilläre Membran) vorhanden sein. Die in der Lunge vorhandene Oberfläche dieser Membran entspricht dem Mehrfachen der Körperoberfläche eines Individuums. Die Dicke der Membran, welche die Atemluft vom umfangreichen Alveolarkapillarnetz trennt, ist durch die Anforderungen an die Gasdiffusion limitiert und beträgt ≤ 0,5 μm. Die große Oberfläche der Gasaustauschmembran erfordert einen besonderen Aufbau und eine strukturelle Organisation zur Optimierung des Gasaustausches und der Volumenänderung während der Atmung. Besondere Anforderungen bestehen auch darin, diese Membran, die pro Tag kontinuierlich etwa 20 m3 eingeatmeter Luft mit all ihren Inhaltssoffen ausgesetzt ist, vor Schäden zu schützen. Die Bewertung der Toxizität von Chemikalien in der Atemluft ist mit tierexperimentellen Inhalationsstudien möglich. Es besteht aber ein gewisses Maß an Variabilität zwischen einzelnen Tierarten, was sowohl die strukturelle Organisation der Lunge als auch ihre zelluläre Zusammensetzung betrifft. Daher müssen bei der Extrapolation vom Versuchstier zum Menschen speziesspezifische Unterschiede berücksichtigt werden. Toxische Substanzen können die Lunge sowohl über den Blutkreislauf als auch über die eingeatmete Luft erreichen. Die Inhalation ist wegen der physikalischen und physikochemischen Charakteristika des Stoffes mit einer nicht homogenen Verteilung innerhalb der Lunge verbunden. Der Respirationstrakt weist protektive Mechanismen auf, um das Eindringen von partikelförmigen Schadstoffen zu vermeiden bzw. um eingeatmete und in der Lunge abgelagerte Stäube aus dem Respirationstrakt wieder zu entfernen. Eingeatmete biologische Partikel wie Bakterien können durch (bio‐)chemische Prozesse abgebaut werden. Jede Überforderung oder Beeinträchtigung dieser Reinigungsmechanismen einschließlich einer Beeinträchtigung der Eliminierung inhalierter Partikel durch Makrophagen in den Alveolen und des mukoziliären Abtransport in den Bronchien und den Nasenhöhlen kann gesundheitliche Schäden auslösen