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Die PCD ist eine Störung der Motilität der Kinozilien, welche zu einer Beeinträchtigung des mukoziliäre Reinigungsapparat der Atemwege führt und klinisch meist Problemen des Atemtraktes zur Folge hat, beginnend in frühster Kindheit.
Neben der lebensnotwendigen Luft atmen wir mit jedem Atemzug auch viel Staubpartikel, sowie potenzielle Krankheitserreger ein. Diese Partikel werden bereits in der Nase und den Luftwegen abgefangen. Die Schleimhaut der Luftwege besitzt Drüsenzellen, welche einen Schleimfilm produzieren. Eingeatmete Partikel bis zu 10 µm Durchmesser bleiben auf diesem Film kleben. Die Schleimhaut, welche auch Flimmerepithel genannt wird, besitzt vor allem viele zilientragende Zellen. Durch das koordinierte, rhythmische Schlagen dieser Kinozilien, wird der Schleimfilm in Richtung Rachen transportiert und so die Schmutzteilchen abtransportiert, d.h. sie werden schlussendlich geschluckt.
Schema das mukoziliären Transportes
Lichtmikroskopische Hochgeschwindigkeitsaufnahmen normaler Flimmerzellen aus der Nase
Lichtmikroskopische Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von Nasenflimmerzellen eines PCD Patienten
Eine Flimmerepithelzelle besitzt mehrere hundert dieser Kinozilien. Der Ziliendurchmesser ist ca. 250nm und die Zilienlänge beträgt 5-10µm. Die Zilien der Atemwege haben eine Schlagfrequenz zwischen 8-12Hz. Der Zilienschlag führt zu einem Transport des Schleimfilms in der Nase von ca. 6mm/min und in der Lunge von bis zu 20mm/min, von beiden Stellen in Richtung Kehle.
Die elektronenmikroskopische Ultrastruktur der Kinozilien lässt auf Querschnitten ein faszinierendes «Radspeichenmuster» erkennen (Abbildung oben rechts). Um ein zentrales Tubuluspaar ordnen sich streng organisiert 9 zusammengesetzte Tubuluspaare in der Peripherie. Diese äusseren Tubulus «Doubletten» bestehen aus einem vollständigen A-Tubulus (hellblau in der Abbildung oben) und einem unvollständigen, angeflanschten B-Tubulus (dunkelblau). Am A-Tubulus befinden sich die äusseren und inneren Dyneinarme.
Die Dyneinarme interagieren unter Energieverbrauch dynamisch mit den B-Mikrotubuli des benachbarten Paares, was zu einem rhythmischen Schlagen der Kinozilien führt.
Zwischen zentralem Paar und den äusseren Doubletten, sowie zwischen den einzelnen Doubletten befinden sich verschiedene Protein, die der Regulation und Richtungsgebung des Zilienschlages dienen: Central Complex mit Hydin, Radial Spokes, N-DRC (Nexin-Dynein Regulatory Complex), Nexin link, u.a.
Bei PCD Erkrankten sind Proteine der Dyneinfamilie oder (etwas weniger häufig) andere regulatorischen Proteine genetisch falsch kodiert, was zu einer Beeinträchtigung oder kompletten Stopp der Beweglichkeit führt. In der Folge ist der mukoziliäre Reinigungsmechanismus v.a. in den Luftwegen beeinträchtigt, was wesentlich die klinischen Symptome erklärt (siehe Klinik). .
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Flimmerepithels
Querschnitt durch ein Kinozilium
Transmissions-Elektronenmikroskopische Aufnahme und schematische Darstellung