Die Lunge

Allgemeines

Die Lunge dient der Atmung des Menschen und damit dem Gasaustausch. Sie ermöglicht, dass sauerstoffhaltige Luft in den Körper gelangt und sauerstoffarme abgegeben wird. Der Mensch nimmt Luft über die Nase oder auch durch den Mund auf. Das Innere der Nase ist mit einer Schleimhaut ausgekleidet, die die eingeatmete Luft anfeuchtet, erwärmt und von Verschmutzungen reinigt. Nasen- und Mundhöhle sind über den Rachen miteinander verbunden. Über den Kehlkopf erreicht die Luft zunächst die Luftröhre (Trachea). Diese ist ein zehn bis zwölf Zentimeter langes, biegsames Rohr, das sich vor dem vierten Brustwirbel teilt und in der Luftröhrengabel (Bifurcatio tracheae) in zwei Hauptbronchien aufgabelt – eine für den rechten, eine für den linken Lungenflügel.

Die beiden Hauptbronchien der Lunge teilen sich wiederum rechts in drei und links in zwei sogenannte Lappenbronchien:

• rechter Lungenflügel: Der rechte Lungenflügel besteht aus
  • einem oberen Lungenlappen (Lobus superior),
  • einem mittleren Lungenlappen (Lobus medius) und
  • einem unteren Lungenlappen (Lobus inferior).
• linker Lungenflügel: Der linke Lungenflügel besteht nur aus
  • einem oberen Lungenlappen (Lobus superior) und
  • einem unteren Lungenlappen (Lobus inferior) und hat daher ein etwas geringeres Volumen als der rechte Flügel.

Jeder Lungenlappen teilt sich außerdem in mehrere Untereinheiten (rechts 10, links 8-10), sogenannte Segmente. Innerhalb jedes Segmentes teilt sich das Gewebe der Lunge weiter in Läppchen (Lobuli) auf. Am Ende dieser fortlaufenden Verzweigungen findet man schließlich die Bronchiolen, die über die Alveolargänge in die Lungenbläschen (Alveolen) übergehen.

Die Lungenbläschen sind von einem Netz feinster Blutgefäße (Kapillarnetz) umgeben. Das Gewebe zwischen Lungenbläschen und den blutgefüllten Kapillaren ist außerordentlich dünn, es macht nur etwa einen Mikrometer aus. Auf diese Weise begünstigt es den Übertritt von Sauerstoff aus der eingeatmeten Luft ins Blut. Während das Blut durch die Lungenkapillaren fließt, binden die roten Blutkörperchen frischen Sauerstoff und geben dafür Kohlendioxid ab, damit es über die Ausatemluft den Körper verlassen kann.

Lungenfell (Pleura visceralis) und Rippenfell (Pleura parietalis)

Sowohl der rechte als auch der linke Lungenflügel sind außen vom Lungenfell (Pleura visceralis oder Pleura pulmonalis) bedeckt. Nur am Lungenhilus, wo die Gefäße und die Hauptbronchien in die Lunge eintreten, ist es unterbrochen.

Die äußere Schicht des Lungenfells nennt man Rippenfell (Pleura parietalis). Das Rippenfell kleidet den Brustkorb von innen aus. Zudem trennt das Rippenfell die Lungenflügel vom Mittelteil des Brustkorbinnenraums – dem sogenannten Mittelfell (Mediastinum). Im Mediastinum liegt das Herz. Außerdem verlaufen hier die Hauptschlagader, die Lungenvenen und -arterien, die Luftröhre (Trachea) und die Speiseröhre.

Lungenfell und Rippenfell bezeichnet man zusammen auch als Brustfell. Die beiden Gewebsschichten des Brustfells liegen direkt aneinander. Zwischen beiden Schichten befindet sich ein Raum (der sog. Pleuraspalt), der etwas Flüssigkeit enthält, sodass die beiden Schichten frei gegeneinander verschiebbar sind, aber dennoch aneinander haften.

Beim Einatmen hebt sich durch Muskelkraft der Brustkorb, während sich das Zwerchfell senkt. Da im Pleuraspalt ein Unterdruck besteht, muss die Lunge den Bewegungen von Brustkorb und Zwerchfell folgen und weitet sich – dadurch strömt Luft in die Lunge ein. Beim Ausatmen senkt sich der Brustkorb und das Zwerchfell erschlafft; dabei wird Luft aus der Lunge herausgedrückt. Bei verstärkter Ausatmung wölbt sich das Zwerchfell zudem aktiv nach oben in Richtung Lunge, unterstützt durch die Muskeln der Bauchdecke.

Bronchialsystem

Als Bronchialsystem bezeichnet man alle Luftwege der Lunge (Pulmo) unterhalb der Luftröhre (Trachea). Die Luftröhre verläuft bis etwa auf Herzhöhe parallel zur Wirbelsäule. Dann gabelt sie sich in einen rechten und einen linken Hauptbronchus auf.

Jeder Hauptbronchus verzweigt sich ähnlich wie ein Baum immer weiter in den rechten beziehungsweise linken Lungenflügel. Die beginnende zentrale Verzweigung der Bronchien und Gefäße etwas oberhalb des Herzens kann man im Röntgenbild gut erkennen. Mediziner nennen sie Lungenhilus. Parallel zu den Bronchien verlaufen außerdem Blutgefäße, die sich mit dem sogenannten Bronchialbaum verzweigen.

Der rechte Hauptbronchus gabelt sich in drei kleinere Lappenbronchien auf, also jeweils einen für den rechten oberen, den rechten mittleren und den rechten unteren Lappen. Der linke Hauptbronchus hingegen gabelt sich nur zweimal auf und zwar für den oberen und den unteren Lappen.

Jeder Lungenlappen hat also einen eigenen Bronchus, der sich innerhalb des Lappens weiter in die kleineren Segmentbronchien aufgabelt. Das luftleitende System verzweigt sich dadurch immer weiter. Das Bronchialsystem ähnelt hierbei einem umgedrehten Baum, dessen Äste nach unten hin immer dünner werden. Die kleinsten Aufzweigungen münden schließlich in die Lungenbläschen (Alveolarbläschen), die wie eine traubenförmige Aussackung das äußere Ende des Bronchialbaumes bilden.

Die Lungenbläschen sind von elastischem Bindegewebe und von einem feinen Blutgefäßsystem umgeben. Hier findet der Gasaustausch statt. Durch die Aufzweigung in kleinste Bläschen, die jeweils nur einen Durchmesser von etwa 0,2 Millimeter haben, bildet sich eine sehr große Oberfläche, an der ein Gasaustausch stattfinden kann. Insgesamt besitzen beide Lungen zusammen etwa 300 Millionen Lungenbläschen. Die gesamte Oberfläche, die der Lunge zum Gasaustausch zur Verfügung steht, beträgt auf diese Weise circa 100 Quadratmeter.

Bestimmte Zellen der Lungenbläschen produzieren das sogenannte Surfactant. Surfactant ist die Abkürzung für den englischen Begriff "surface active agent" und bedeutet übersetzt so viel wie "oberflächenaktiver Stoff". Das Surfactant bedeckt die Innenseite der Lungenbläschen und setzt die Oberflächenspannung herab. So wird verhindert, dass die Lungenbläschen beim Ausatmen zusammenfallen.

Atmung

Unter Atmung versteht man im Allgemeinen alle Vorgänge, die an der Aufnahme von Sauerstoff aus der Luft sowie bei der Abgabe von Kohlendioxid beteiligt sind. Die Vorgänge bei der Atmung unterliegen dabei der bewussten und unbewussten Steuerung durch das Atemzentrum im Gehirn.

Beim Einatmen hebt und erweitert sich der Brustkorb. Dies geschieht zum einen, indem sich das Zwerchfell zusammenzieht und tiefer tritt, zum anderen, indem die Zwischenrippenmuskeln und die Atemhilfsmuskulatur sich kontrahieren und dadurch Rippen und Brustbein anheben. Da im Pleuraspalt, also dem flüssigkeitsgefüllten Raum zwischen Rippen- und Brustfell, ein Unterdruck besteht, wird die Lunge förmlich an den Brustkorb und das Zwerchfell "gesaugt" und muss ihren Bewegungen folgen. Dadurch weitet sich die Lunge und füllt sich mit Luft.

Beim Ausatmen verkleinert sich der Brustkorb, weil die Muskulatur erschlafft, ebenso wie das Zwerchfell. Da die Lunge ein elastisches Gewebe ist und die Tendenz hat, sich ohne entgegenwirkende Kräfte zusammenzuziehen, verkleinert sie sich und die Luft entweicht.

Beim Einatmen wird die Luft im Körper auf circa 37 Grad Celsius erwärmt (also auf Körpertemperatur gebracht) und zu nahezu 100 Prozent mit Wasserdampf gesättigt. Im Körper wird Sauerstoff verbraucht und dabei Kohlendioxid erzeugt und mit der Ausatemluft abgegeben. Daher unterscheidet sich die Zusammensetzung der ausgeatmeten und der eingeatmeten Luft.

Die Einatemluft enthält circa:

• 20,9 % Sauerstoff
• 79,1 % Stickstoff plus Spuren von Edelgasen (z.B. Argon)
• 0,03 % Kohlendioxid

In der späten Phase der Ausatmung sind in der Luft der Lungenbläschen (Alveolen) nur noch rund

• 16 % Sauerstoff,
• aber 4 % Kohlendioxid enthalten.

Die Atmung dient dem Gasaustausch. Mithilfe des Blutkreislaufs, der die Lungen durchströmt, wird Sauerstoff zu den Körperzellen hin- und Kohlendioxid von den Körperzellen wegtransportiert. Dabei nehmen die Zellen den Sauerstoff aus dem Blut auf und geben Kohlendioxid an das Blut ab.

Der Gasaustausch erfolgt in Abhängigkeit vom sogenannten Partialdruck. Der Sauerstoffpartialdruck ist in den Lungenbläschen größer als im Lungenblut, daher kann das Blut Sauerstoff aufnehmen. Im Gewebe besteht ein Druckgefälle für Sauerstoff vom Blut zu den Gewebezellen und gestattet den Zellen auf diese Weise die Sauerstoffaufnahme. Für Kohlendioxid sind die Druckgefälle in entgegengesetzter Richtung vorhanden (Gewebe→Blut und Blut→Lungenbläschen) und gewährleisten so die Abgabe des Kohlendioxids.

Atemvolumina

Ein Erwachsener hat in Ruhe eine Atemfrequenz von etwa 15 Atemzügen pro Minute, wobei ein einzelner Atemzug hierbei ein Volumen von circa 0,5 Liter Luft hat – Mediziner sprechen hier vom Atemzugvolumen. Die Ruhe-Atemfrequenz von Erwachsenen und Kindern unterscheidet sich zudem:

• Erwachsene: 15 Atemzüge pro Minute
• Kinder: 20 bis 30 Atemzüge pro Minute
• Kleinkinder: 30 bis 40 Atemzüge pro Minute
• Neugeborene: 40 bis 50 Atemzüge pro Minute

Zusätzlich zum Atemzugvolumen kann der Mensch willkürlich ein als inspiratorisches Reservevolumen bezeichnetes Volumen einatmen (= tiefes Einatmen). Dieses Volumen beträgt im Mittel etwa 2,5 Liter. Mehr Luft kann dann jedoch nicht mehr eingeatmet werden, egal, wie sehr man sich anstrengt.

Nach einer normalen Ausatmung lassen sich willentlich noch zusätzlich etwa 1,5 Liter ausatmen. Dieses zusätzliche Volumen bezeichnet man als exspiratorisches Reservevolumen. Eine tiefere (= weitere) Ausatmung ist dann nicht mehr möglich.

Aber auch bei größter Anstrengung ist es unmöglich, alle in der Lunge enthaltene Luft auszuatmen: Etwa 1 bis 2 Liter Luft verbleiben in der Lunge – Mediziner sprechen hier vom sogenannten Restvolumen oder auch Residualvolumen.

Die Summe aus Atemzugvolumen, inspiratorischem und exspiratorischem Reservevolumen ergibt die sogenannte Vitalkapazität oder maximales Atemvolumen. Die Vitalkapazität eines Menschen beträgt im Mittel circa 3 bis 7 Liter und variiert in Abhängigkeit von:

• Alter
• Geschlecht
• Körperbau
• Trainingszustand

Vitalkapazität und Residualvolumen wiederum ergeben zusammen die totale Lungenkapazität (Totalkapazität).

Als Atemzeit- oder Atemminutenvolumen bezeichnet man das Gasvolumen, das pro Zeiteinheit ein- und ausgeatmet wird. In Ruhe beträgt das durchschnittliche Atemminutenvolumen von 5 bis 8 Litern Luft pro Minute. Bei sehr starken körperlichen Anstrengungen oder auch bei Panik kann das Atemminutenvolumen auf über 100 Liter pro Minute ansteigen, wobei es hier bis zu 50 Atemzüge geben kann und sich das Atemzugvolumen auf 2 Liter oder mehr erhöht.