Lunge: Anatomie, Funktion, Pathologie
Die Lunge ist ein essenzielles paariges Organ des Atmungssystems, das für den Gasaustausch zwischen der Außenwelt und dem menschlichen Blutkreislauf verantwortlich ist. Dieses komplexe Organ besteht aus einer Vielzahl von Strukturen, die zusammenarbeiten, um Sauerstoff aufzunehmen und Kohlendioxid aus dem Blut zu entfernen. Ein tiefes Verständnis der Anatomie der Lunge ist für medizinisches Personal unerlässlich, um Diagnosen zu stellen, Behandlungen durchzuführen und chirurgische Eingriffe erfolgreich zu planen.
Funktion der Lunge
Die Hauptfunktion der Lunge ist der Gasaustausch. Sauerstoff (O₂) aus der eingeatmeten Luft diffundiert in das Blut, während Kohlendioxid (CO₂) aus dem Blut in die Alveolen diffundiert und ausgeatmet wird. Zusätzlich reguliert die Lunge den pH-Wert des Blutes durch die Abgabe von CO₂. Sie filtert auch kleine Blutgerinnsel und metabolisiert bestimmte Substanzen wie Angiotensin I zu Angiotensin.
Lage und Dimensionen
Die Lunge ist das zentrale Organ des Atmungssystems und liegt in der Brusthöhle (Thorax). Jede Lunge befindet sich in einem eigenen Pleurasack, der durch das Mediastinum getrennt ist. Das Mediastinum enthält das Herz, die großen Blutgefäße, die Luftröhre, die Speiseröhre und verschiedene Nerven und Lymphknoten. Die Größe der Lunge variiert je nach Geschlecht, Körpergröße und körperlicher Verfassung der Person. Im Durchschnitt wiegt eine gesunde Lunge bei einem Erwachsenen etwa 900 bis 1200 Gramm.
Dimensionen
- Höhe: Die Lunge erstreckt sich vom Apex (Spitze), der etwa 2 – 3 cm über das Schlüsselbein (Clavicula) hinausragt, bis zur Basis, die auf dem Zwerchfell aufliegt. Im Ruhezustand reicht die Untergrenze der Lunge ungefähr bis zur 6. Rippe an der Vorderseite und zur 10. Rippe an der Rückseite.
- Breite: Die maximale Breite der Lunge befindet sich etwa auf Höhe des 5. bis 6. Interkostalraums.
- Tiefe: Die Tiefe der Lunge, gemessen von der vorderen zur hinteren Thoraxwand, beträgt im Durchschnitt etwa 12 – 14 cm.
- Oberfläche: Oberfläche alle Lungenbläschen zusammen: ca. 100 m2
Volumen
- Totalkapazität: Das gesamte Lungenvolumen eines Erwachsenen beträgt etwa 5 – 6 Liter. Diese Kapazität variiert je nach Lungenvolumen, das durch genetische Faktoren, körperliches Training und Lungenkrankheiten beeinflusst wird.
Makroskopische Anatomie
Die makroskopische Anatomie der Lunge umfasst die äußere Gestalt, die Oberflächen und die Strukturen, die jede Lunge einzigartig machen. Die Lunge ist in zwei Lungenflügel unterteilt: den rechten und den linken Lungenflügel.
Rechter Lungenflügel
Der rechte Lungenflügel ist größer und schwerer als der linke, da er aus drei Lappen besteht:
- Oberlappen (Lobus superior)
- Mittellappen (Lobus medius)
- Unterlappen (Lobus inferior)
Oberlappen
- Apex: Der obere spitze Teil der Lunge, der bis in den Hals hineinragt.
- Basis: Die breite untere Fläche, die dem Zwerchfell aufliegt.
- Fissura horizontalis: Trennt den Oberlappen vom Mittellappen.
- Fissura obliqua: Trennt den Oberlappen vom Unterlappen und den Mittellappen vom Unterlappen.
Mittellappen
- Fissura horizontalis: Diese Fissur trennt den Oberlappen vom Mittellappen.
- Segmentalaufbau: Der Mittellappen besteht aus dem lateralen und medialen Segment.
Unterlappen
- Fissura obliqua: Diese Fissur trennt den Unterlappen vom Ober- und Mittellappen.
- Segmentalaufbau: Der Unterlappen besteht aus fünf Segmenten: superior, anterior-basal, lateral-basal, posterior-basal und medial-basal.
Linker Lungenflügel
Der linke Lungenflügel ist aufgrund der Lage des Herzens etwas kleiner und verfügt über zwei Lappen:
- Oberlappen (Lobus superior)
- Unterlappen (Lobus inferior)
Oberlappen
- Apex: Der obere spitze Teil der Lunge.
- Basis: Die breite untere Fläche, die dem Zwerchfell aufliegt.
- Fissura obliqua: Trennt den Oberlappen vom Unterlappen.
- Lingula: Eine zungenförmige Struktur, die dem Mittellappen des rechten Lungenflügels entspricht.
Unterlappen
- Fissura obliqua: Diese Fissur trennt den Unterlappen vom Oberlappen.
- Segmentalaufbau: Der Unterlappen besteht ebenfalls aus fünf Segmenten, die den Segmenten des rechten Unterlappens entsprechen.
Allgemeine Strukturen
Bronchialbaum
- Trachea: Die Luftröhre, die sich in die beiden Hauptbronchien aufteilt.
- Hauptbronchien: Der rechte Hauptbronchus ist kürzer, weiter und verläuft steiler als der linke Hauptbronchus.
- Lappenbronchien: Jeder Hauptbronchus teilt sich in Lappenbronchien auf, die die einzelnen Lungenlappen versorgen.
- Segmentbronchien: Diese verzweigen sich weiter in die bronchopulmonalen Segmente.
- Bronchiolen: Die kleineren Verzweigungen der Bronchien, die schließlich in die Alveolargänge und Alveolen übergehen, wo der Gasaustausch stattfindet.
Pleura
- Pleura visceralis (Lungenfell): Überzieht die Oberfläche der Lunge.
- Pleura parietalis (Rippenfell): Kleidet die Thoraxwand, das Zwerchfell und das Mediastinum aus.
- Pleuraspalt: Ein mit Flüssigkeit gefüllter Raum zwischen den beiden Pleurae, der die Reibung während der Atembewegungen reduziert.
Hilus pulmonalis
Der Hilus ist die Eintrittsstelle für Bronchien, Blutgefäße, Lymphgefäße und Nerven in die Lunge. Hier treten die Hauptbronchien, die Lungenarterien und -venen, die Bronchialarterien und -venen sowie die Lymphknoten in die Lunge ein.
Mikroskopische Anatomie
Die mikroskopische Anatomie der Lunge zeigt die Komplexität dieses Organs, das aus verschiedenen Zelltypen und Strukturen besteht, die zusammenarbeiten, um den Gasaustausch und andere Funktionen zu ermöglichen.
Trachea und Hauptbronchien
Die Trachea und die Hauptbronchien sind mit respiratorischem Epithel ausgekleidet, das aus mehreren Zelltypen besteht:
- Zilien tragende Epithelzellen: Diese Zellen haben mikroskopische, haarähnliche Strukturen (Zilien), die Schleim und Fremdpartikel in Richtung Rachen bewegen.
- Becherzellen: Diese schleimbildenden Zellen sind zwischen den Epithelzellen verstreut und produzieren Mucus, der die Atemwege auskleidet und schützt.
- Basalzellen: Diese Stammzellen sind für die Regeneration des Epithels verantwortlich.
- Neuroendokrine Zellen: Diese Zellen setzen Peptide und Amine frei, die die Atemwege beeinflussen.
Die Wände der Trachea und Hauptbronchien enthalten Knorpelringe, die die Atemwege offen halten, sowie glatte Muskulatur und seromuköse Drüsen, die zusätzliche Schleim- und Flüssigkeitsproduktion unterstützen.
Segmentbronchien und Bronchiolen
Mit zunehmender Verzweigung des Bronchialbaums verringert sich die Größe der Röhren und ihre Wandstruktur ändert sich:
- Segmentbronchien: Diese haben immer noch eine kartilaginöse Unterstützung, jedoch in Form von Platten anstelle von Ringen. Das Epithel ist ähnlich wie in den Hauptbronchien, aber mit weniger Becherzellen.
- Bronchiolen: Diese kleineren Luftwege haben keinen Knorpel mehr und bestehen hauptsächlich aus glatter Muskulatur. Das Epithel ist weniger hoch und besteht aus Clara-Zellen (oder Keulenzellen), die eine protektive Rolle spielen, und weniger Becherzellen. Clara-Zellen produzieren ein Enzym, das hilft, inhalierte Toxine zu neutralisieren, und spielen eine Rolle bei der Reparatur des Bronchiolenepithels.
Terminale Bronchiolen und Respiratorische Bronchiolen
- Terminale Bronchiolen: Diese sind die kleinsten luftleitenden Wege und enden in den respiratorischen Bronchiolen. Das Epithel besteht hauptsächlich aus Clara-Zellen und einigen Zilien tragenden Zellen.
- Respiratorische Bronchiolen: Diese Bronchiolen sind der Übergang zwischen luftleitenden und gasaustauschenden Strukturen. Sie besitzen alveoläre Ausstülpungen, die erste Stellen des Gasaustauschs.
Alveolen
Die Alveolen sind die kleinsten Einheiten der Lunge und die Hauptorte des Gasaustauschs. Sie haben eine spezielle Struktur, um den Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid zu erleichtern.
Alveolarepithel
Die Alveolarwände bestehen aus zwei Hauptzelltypen:
- Pneumozyten Typ I: Diese flachen Zellen bedecken etwa 95% der Alveolarfläche und ermöglichen aufgrund ihrer dünnen Struktur den effizienten Gasaustausch. Sie sind sehr empfindlich und können durch Inhalation von Schadstoffen leicht beschädigt werden.
- Pneumozyten Typ II: Diese kubischen Zellen machen etwa 5% der Alveolaroberfläche aus, sind jedoch zahlreicher als Typ I-Zellen. Sie produzieren Surfactant, eine oberflächenaktive Substanz, die die Oberflächenspannung in den Alveolen reduziert und somit das Kollabieren der Alveolen verhindert. Pneumozyten Typ II haben auch die Fähigkeit, sich in Typ I-Zellen zu differenzieren und spielen somit eine Rolle bei der Reparatur von Alveolarwänden.
Alveolarmakrophagen
Diese beweglichen Zellen befinden sich im Inneren der Alveolen und spielen eine wichtige Rolle bei der Immunabwehr. Sie phagozytieren Fremdpartikel, Bakterien und abgestorbene Zellen. Alveolarmakrophagen können zur Bildung von Entzündungsmediatoren beitragen und sind wichtig für die Aufrechterhaltung der Alveolargesundheit.
Interalveoläre Septen
Die Alveolen sind durch dünne Wände, die sogenannten interalveolären Septen, voneinander getrennt. Diese Septen bestehen aus:
- Kapillaren: Ein dichtes Netzwerk von Kapillaren, das den Gasaustausch zwischen Alveolen und Blut ermöglicht.
- Elastische Fasern: Diese Fasern geben den Alveolen ihre Elastizität und ermöglichen das Dehnen und Zusammenziehen während des Atmens.
- Fibroblasten: Diese Zellen produzieren und erhalten die elastischen und kollagenen Fasern der Lungenstruktur.
Blut-Luft-Schranke
Die Blut-Luft-Schranke ist die Barriere, die den Austausch von Gasen zwischen den Alveolen und dem Blut ermöglicht. Sie besteht aus:
- Basalmembran: Eine dünne Schicht, die das Alveolarepithel und das Kapillarendothel trennt und verbindet.
- Alveolarepithel: Die Pneumozyten Typ I und II.
- Kapillarendothel: Die Endothelzellen der Kapillaren, die ebenfalls sehr dünn sind.
Blutversorgung
Die Blutversorgung der Lunge erfolgt über zwei separate Systeme: die Lungenarterien und die Bronchialarterien.
- Lungenarterien
- Diese transportieren sauerstoffarmes Blut vom rechten Ventrikel des Herzens zu den Lungenkapillaren, wo der Gasaustausch stattfindet. Das sauerstoffreiche Blut wird dann über die Lungenvenen zum linken Vorhof des Herzens zurückgeführt.
- Bronchialarterien
- Diese versorgen das Lungengewebe selbst, einschließlich der Bronchien und der Pleura, mit sauerstoffreichem Blut. Sie stammen aus der Aorta und den interkostalen Arterien (Fishman, 2008).
Innervation
Die Lunge wird sowohl vom sympathischen als auch vom parasympathischen Nervensystem innerviert.
- Sympathische Innervation
- Die sympathischen Nervenfasern stammen aus dem Plexus pulmonalis und bewirken Bronchodilatation und eine Verringerung der Schleimsekretion.
- Parasympathische Innervation
- Diese erfolgt über den Nervus vagus und führt zu Bronchokonstriktion und erhöhter Schleimsekretion. Die parasympathischen Fasern setzen Acetylcholin frei, das an muskarinische Rezeptoren bindet und die glatte Muskulatur der Bronchien kontrahiert.
Klinische Relevanz
Lungenerkrankungen sind vielfältig und umfassen beispielsweise:
- Infektionen
- Pneumonie (entzündliche Erkrankung des Lungengewebes), Tuberkulose (Mycobacterium tuberculosis)
- Chronische Erkrankungen
- Asthma (chronische entzündliche Erkrankung der Atemwege), COPD (chronisch obstruktive Lungenerkrankung)
- Maligne Erkrankungen
- Lungenkrebs (häufigste und tödlichste Krebsarten weltweit)
- Akute Lungenerkrankungen
- Lungenembolie (plötzliche Verstopfung einer oder mehrerer Lungenarterien durch ein Blutgerinnsel), Lungenödeme (Ansammlung von Flüssigkeit im Lungengewebe und den Alveolen)
Symptome wie Husten, Dyspnoe (Atemnot) und Thoraxschmerzen sind häufig und erfordern eine differenzierte diagnostische Abklärung. Asthma und COPD sind durch reversible bzw. irreversible Atemwegsobstruktionen charakterisiert. Lungenkrebs ist eine der häufigsten Todesursachen weltweit und wird oft erst in fortgeschrittenen Stadien diagnostiziert.
Diagnostik
Die Diagnostik von Lungenerkrankungen umfasst:
- Anamnese und körperliche Untersuchung
- Wichtige Hinweise liefern Raucheranamnese, Expositionsgeschichte und typische Symptome.
- Bildgebende Verfahren
- Lungenfunktionstests
- Spirometrie misst das Atemvolumen und die Atemflussgeschwindigkeit und hilft bei der Diagnose und Überwachung von obstruktiven und restriktiven Lungenerkrankungen.
- Invasive Verfahren
- Bronchoskopie ermöglicht die direkte Visualisierung der Atemwege und die Entnahme von Gewebeproben. Biopsien und BAL (bronchoalveoläre Lavage) sind ebenfalls wichtige diagnostische Werkzeuge (Fishman, 2008).
Therapie
Die Therapie von Lungenerkrankungen richtet sich nach der zugrunde liegenden Ursache:
- Infektionen
- Antibiotika bei bakteriellen Infektionen, antivirale oder antimykotische Therapien bei entsprechenden Erregern.
- Asthma
- Inhalative Kortikosteroide und Bronchodilatatoren (z.B. Beta-2-Agonisten) zur Kontrolle der Entzündung und Bronchokonstriktion.
- COPD
- Kombination aus Bronchodilatatoren, Steroiden und manchmal Sauerstofftherapie. Rehabilitationsprogramme und Raucherentwöhnung sind ebenfalls entscheidend.
- Lungenkrebs
- Therapieoptionen umfassen chirurgische Resektion, Strahlentherapie, Chemotherapie und neuere zielgerichtete Therapien. Die Wahl der Behandlung hängt vom Stadium der Krankheit und den molekularen Eigenschaften des Tumors ab.
Unterstützende Maßnahmen wie Sauerstofftherapie, Physiotherapie und bei Bedarf invasive Ventilation spielen ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Behandlung schwerer Lungenerkrankungen.
Wortherkunft
Das Wort „Lunge“ leitet sich vom althochdeutschen „lunga“ ab, was leicht bedeutet. Dies bezieht sich auf die Beschaffenheit des Organs, das aufgrund seiner Luftfüllung und des geringen Gewichts schwimmt.
Zusammenfassung
Die Lunge ist ein lebenswichtiges Organ im menschlichen Körper, verantwortlich für den Gasaustausch. Sie besteht aus zwei Lungenflügeln, die in der Brusthöhle liegen und durch das Zwerchfell vom Bauchraum getrennt sind. Die Hauptaufgabe der Lunge ist die Aufnahme von Sauerstoff aus der eingeatmeten Luft und die Abgabe von Kohlendioxid, einem Abfallprodukt des Stoffwechsels, das ausgeatmet wird. Dies geschieht in den Alveolen, kleinen luftgefüllten Bläschen, wo der Austausch über die Kapillaren erfolgt. Die Lunge spielt eine entscheidende Rolle im Atmungssystem und unterstützt die Sauerstoffversorgung des Körpers sowie die Entfernung von Kohlendioxid.
Quellen
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- Boron, W. F., & Boulpaep, E. L. (2016). Medical Physiology. 3rd ed. Philadelphia: Elsevier.
- De, D. (2018) Duden, Duden. Duden.de. Verfügbar unter: https://www.duden.de/rechtschreibung/Lunge (Zugegriffen: 18. Juli 2024).
Fishman, A. P. (2008). Fishman’s Pulmonary Diseases and Disorders. 4th ed. New York: McGraw-Hill. - Rabe, K. F., & Hurd, S. (2007). Global Strategy for the Diagnosis, Management, and Prevention of Chronic Obstructive Pulmonary Disease: GOLD Executive Summary. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 176(6), 532-555.Standring, S. (2016). Gray’s Anatomy: The Anatomical Basis of Clinical Practice. 41st ed. Philadelphia: Elsevier.