Lunge
| Lunge ⓘ | |
|---|---|
 Schema der menschlichen Lunge mit sichtbaren Atemwegen und unterschiedlichen Farben für die einzelnen Lappen | |
 Die menschliche Lunge flankiert das Herz und die großen Gefäße in der Brusthöhle | |
| Einzelheiten | |
| System | Atmungsorgane |
| Bezeichnungen | |
| Lateinisch | Pulmo |
| Griechisch | πνεύμων (Pneumon) |
| Anatomische Terminologie [Bearbeiten auf Wikidata] | |
Die Lungen sind die primären Organe des Atmungssystems beim Menschen und den meisten Tieren, einschließlich einiger Fische und einiger Schnecken. Bei Säugetieren und den meisten anderen Wirbeltieren befinden sich zwei Lungen nahe der Wirbelsäule auf beiden Seiten des Herzens. Ihre Funktion im Atmungssystem besteht darin, Sauerstoff aus der Luft zu gewinnen und in den Blutkreislauf zu übertragen und Kohlendioxid aus dem Blutkreislauf in die Atmosphäre abzugeben, was als Gasaustausch bezeichnet wird. Die Atmung wird bei den verschiedenen Arten durch unterschiedliche Muskelsysteme gesteuert. Säugetiere, Reptilien und Vögel nutzen ihre unterschiedlichen Muskeln, um die Atmung zu unterstützen und zu fördern. Bei den frühen Tetrapoden wurde die Luft durch die Rachenmuskeln mittels Wangenpumpen in die Lungen gepresst, ein Mechanismus, der auch heute noch bei Amphibien zu beobachten ist. Beim Menschen ist das Zwerchfell der wichtigste Atemmuskel, der die Atmung antreibt. Die Lunge sorgt auch für den Luftstrom, der die Vokallaute einschließlich der menschlichen Sprache möglich macht. ⓘ
Der Mensch hat zwei Lungen, eine rechte und eine linke Lunge. Sie befinden sich in der Brusthöhle des Brustkorbs. Die rechte Lunge ist größer als die linke, die sich den Platz im Brustkorb mit dem Herzen teilt. Die Lungen wiegen zusammen etwa 1,3 Kilogramm, wobei die rechte Lunge schwerer ist. Die Lungen sind Teil der unteren Atemwege, die an der Luftröhre beginnen und sich in die Bronchien und Bronchiolen verzweigen, die über die Leitungszone die eingeatmete Luft aufnehmen. Die Leitungszone endet an den Endbronchiolen. Diese teilen sich in die Atmungsbronchiolen der Atmungszone, die sich in Alveolarkanäle aufteilen, aus denen die Alveolarsäcke hervorgehen, die die Alveolen enthalten, in denen der Gasaustausch stattfindet. Auch an den Wänden der Atmungsbronchiolen und Alveolarkanäle befinden sich vereinzelt Alveolen. Insgesamt verfügt die Lunge über etwa 2.400 Kilometer Atemwege und 300 bis 500 Millionen Alveolen. Jede Lunge ist von einem Pleurasack umgeben, der aus zwei Membranen besteht, die Pleura genannt werden. Die Membranen sind durch einen Film aus Pleuraflüssigkeit voneinander getrennt, der es den inneren und äußeren Membranen ermöglicht, beim Atmen ohne große Reibung übereinander zu gleiten. Das innere Rippenfell teilt außerdem jede Lunge in Abschnitte, die Lappen genannt werden. Die rechte Lunge hat drei Lappen und die linke zwei. Die Lappen sind weiter unterteilt in bronchopulmonale Segmente und Lungenbläschen. Die Lunge verfügt über eine einzigartige Blutversorgung: Sie erhält im Lungenkreislauf sauerstoffarmes Blut vom Herzen, um Sauerstoff aufzunehmen und Kohlendioxid abzugeben, und im Bronchialkreislauf wird das Lungengewebe separat mit sauerstoffreichem Blut versorgt. ⓘ
Das Lungengewebe kann von einer Reihe von Atemwegserkrankungen betroffen sein, darunter Lungenentzündung und Lungenkrebs. Zu den chronisch obstruktiven Lungenerkrankungen gehören die chronische Bronchitis und das Emphysem, die mit dem Rauchen oder der Exposition gegenüber Schadstoffen zusammenhängen können. Eine Reihe von berufsbedingten Lungenkrankheiten kann durch Stoffe wie Kohlenstaub, Asbestfasern und kristallinen Siliziumdioxidstaub verursacht werden. Auch Krankheiten wie Bronchitis können die Atemwege betreffen. Medizinische Begriffe, die sich auf die Lunge beziehen, beginnen oft mit pulmo-, vom lateinischen pulmonarius (der Lunge), wie in der Lungenheilkunde, oder mit pneumo- (vom griechischen πνεύμων "Lunge"), wie in Lungenentzündung. ⓘ
In der Embryonalentwicklung beginnt die Lunge als Ausstülpung des Vorderdarms, einer Röhre, die später den oberen Teil des Verdauungssystems bildet. Wenn sich die Lungen bilden, wird der Fötus in der mit Flüssigkeit gefüllten Fruchtblase gehalten, so dass sie nicht zum Atmen funktionieren. Außerdem wird das Blut aus der Lunge durch den Ductus arteriosus abgeleitet. Bei der Geburt beginnt jedoch die Luft durch die Lunge zu strömen, und der Ductus arteriosus schließt sich, so dass die Lunge zu atmen beginnen kann. Die Lunge entwickelt sich erst in der frühen Kindheit vollständig. ⓘ
Durch Ein- und Ausatmen wird frische Luft an die Blut-Luft-Schranke herangeführt; dies ist keine Leistung der Lunge selbst (die Säugetierlunge besitzt keine Muskulatur), sondern des Zwerchfells und der Zwischenrippenmuskulatur. Der Pleuraspalt, dessen Flüssigkeitsfilm Kräfte über Ad- und Kohäsion überträgt, vermittelt die verschiebliche Lagerung der Lungen im Brustkorb; da sie bei dessen Ausdehnung die Tendenz haben, sich zusammenzuziehen, herrscht im Pleuraspalt ein Unterdruck. ⓘ
Die Lungen entstehen embryonal als Ausstülpungen des Vorderdarms (siehe Kiemendarm) und gleichen zunächst Drüsen. Die Amphibien besitzen einfache Lungen; sie sind sackförmig und glattwandig oder nur schwach gekammert. Viel stärker gekammert sind sie bei den Reptilien. Bei Vögeln sind sie relativ klein, aber wegen der zusätzlich vorhandenen Luftsäcke auch viel komplizierter gebaut. Die Lungen der Säugetiere ähneln denen der Reptilien. ⓘ
Aufbau
Anatomie
Die Lungen befinden sich im Brustkorb auf beiden Seiten des Herzens im Rippenkäfig. Sie haben eine konische Form mit einer schmalen, abgerundeten Spitze an der Spitze und einer breiten, konkaven Basis, die auf der konvexen Oberfläche des Zwerchfells ruht. Der Scheitelpunkt der Lunge reicht bis in die Halswurzel hinein, bis kurz über die Höhe des Sternumendes der ersten Rippe. Die Lunge erstreckt sich von der Nähe der Wirbelsäule im Brustkorb bis zur Vorderseite des Brustkorbs und vom unteren Teil der Luftröhre abwärts bis zum Zwerchfell. Die linke Lunge teilt sich den Raum mit dem Herzen und hat zu diesem Zweck eine Einbuchtung an ihrem Rand, die so genannte Herzkerbe der linken Lunge. Die Vorder- und Außenseiten der Lunge sind den Rippen zugewandt, die leichte Einbuchtungen auf ihrer Oberfläche bilden. Die Innenseiten der Lungen sind zur Mitte des Brustkorbs hin ausgerichtet und liegen am Herzen, an den großen Gefäßen und an der Carina, wo sich die Luftröhre in die beiden Hauptbronchien teilt. Die Herzmulde ist eine Vertiefung auf der Oberfläche der Lunge, wo sie am Herzen anliegt. ⓘ
Beide Lungen haben eine zentrale Ausbuchtung, das Hilum, wo die Blutgefäße und Atemwege in die Lunge münden und die Lungenwurzel bilden. Am Hilum befinden sich auch bronchopulmonale Lymphknoten. ⓘ
Die Lunge ist von den Lungenfellen umgeben. Die Pleuras sind zwei seröse Membranen; die äußere parietale Pleura kleidet die Innenwand des Brustkorbs aus, die innere viszerale Pleura kleidet die Oberfläche der Lunge direkt aus. Zwischen den Rippenfellen befindet sich ein potenzieller Raum, die Pleurahöhle, die eine dünne Schicht von schmierender Pleuraflüssigkeit enthält. ⓘ
Lappen
| Rechte Lunge | Linke Lunge |
|---|---|
Obere
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Obere
Lingula
Untere
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Jede Lunge ist durch die Falten der viszeralen Pleura in Abschnitte unterteilt, die Lappen genannt werden. Die Lappen sind in Segmente unterteilt, und die Segmente haben weitere Unterteilungen als Läppchen. Die rechte Lunge hat drei und die linke Lunge zwei Lappen. ⓘ
Fissuren
Die Fissuren entstehen in der frühen pränatalen Entwicklung durch Einstülpungen der viszeralen Pleura, die die lobären Bronchien teilen und die Lunge in Lappen unterteilen, was zu ihrer Ausdehnung beiträgt. Die rechte Lunge ist durch eine horizontale und eine schräge Fissur in drei Lappen geteilt. Die linke Lunge ist durch eine schräge Fissur in zwei Lappen unterteilt, die eng mit der schrägen Fissur der rechten Lunge verbunden ist. In der rechten Lunge trennt die obere horizontale Fissur den oberen (oberen) Lappen vom mittleren Lappen. Die untere, schräge Fissur trennt den Unterlappen vom mittleren und oberen Lappen. ⓘ
Variationen der Fissuren sind recht häufig, da sie entweder unvollständig ausgebildet sind oder als zusätzliche Fissur wie bei der Azygosfissur oder gar nicht vorhanden. Unvollständige Fissuren sind für die interlobarale Kollateralventilation, den Luftstrom zwischen den Lappen, verantwortlich, der bei einigen Verfahren zur Lungenvolumenreduktion unerwünscht ist. ⓘ
Segmente
Die Haupt- oder Primärbronchien treten am Hilum in die Lunge ein und verzweigen sich zunächst in Sekundärbronchien, die auch als Lappenbronchien bezeichnet werden und jeden Lungenlappen mit Luft versorgen. Die Lappenbronchien verzweigen sich in tertiäre Bronchien, die auch als Segmentbronchien bezeichnet werden, und versorgen die weiteren Unterteilungen der Lappen, die als bronchopulmonale Segmente bezeichnet werden, mit Luft. Jedes bronchopulmonale Segment hat einen eigenen (segmentalen) Bronchus und eine eigene arterielle Versorgung. Die Segmente für die linke und rechte Lunge sind in der Tabelle dargestellt. Die segmentale Anatomie ist klinisch nützlich für die Lokalisierung von Krankheitsprozessen in der Lunge. Ein Segment ist eine diskrete Einheit, die chirurgisch entfernt werden kann, ohne das umliegende Gewebe ernsthaft zu beeinträchtigen.
Rechte Lunge
Die rechte Lunge hat sowohl mehr Lappen als auch mehr Segmente als die linke Lunge. Sie ist durch zwei Fissuren, eine schräge und eine horizontale, in drei Lappen unterteilt: einen oberen, einen mittleren und einen unteren Lappen. Die obere, horizontale Fissur trennt den oberen vom mittleren Lappen. Sie beginnt in der unteren, schrägen Fissur in der Nähe des hinteren Lungenrandes und verläuft horizontal nach vorne und schneidet den vorderen Rand auf Höhe des sternalen Endes des vierten Rippenknorpels; an der mediastinalen Oberfläche kann sie bis zum Hilum zurückverfolgt werden. Die untere, schräge Fissur trennt den unteren vom mittleren und oberen Lappen und ist eng mit der schrägen Fissur im linken Lungenflügel verbunden. ⓘ
Die mediastinale Oberfläche der rechten Lunge ist durch eine Reihe benachbarter Strukturen eingedrückt. Das Herz sitzt in einer Impression, die als kardiale Impression bezeichnet wird. Über dem Hilum der Lunge befindet sich eine bogenförmige Rinne für die Vena azygos, darüber eine breite Rinne für die Vena cava superior und die rechte Vena brachiocephalica; dahinter und nahe der Lungenspitze befindet sich eine Rinne für die Arteria brachiocephalica. Hinter dem Hilum und dem Ligamentum pulmonale befindet sich eine Rinne für die Speiseröhre, und in der Nähe des unteren Teils der Speiseröhrenrinne befindet sich eine tiefere Rinne für die untere Hohlvene, bevor sie in das Herz eintritt. ⓘ
Das Gewicht der rechten Lunge variiert von Person zu Person, wobei der Standardreferenzbereich bei Männern bei 155-720 g und bei Frauen bei 100-590 g liegt. ⓘ
Linke Lunge
Die linke Lunge wird durch die schräge Fissur, die sich von der Rippen- bis zur Mediastinalfläche der Lunge sowohl oberhalb als auch unterhalb des Hilums erstreckt, in zwei Lappen, einen Ober- und einen Unterlappen, geteilt. Die linke Lunge hat im Gegensatz zur rechten keinen Mittellappen, obwohl sie ein homologes Merkmal aufweist, einen Vorsprung des Oberlappens, der als Lingula bezeichnet wird. Ihr Name bedeutet "kleine Zunge". Die Lingula auf der linken Lunge ist eine anatomische Parallele zum Mittellappen auf der rechten Lunge, wobei beide Bereiche für ähnliche Infektionen und anatomische Komplikationen prädisponiert sind. Es gibt zwei bronchopulmonale Segmente der Lingula: superior und inferior. ⓘ
Die mediastinale Oberfläche der linken Lunge weist eine große kardiale Impression auf, in der das Herz sitzt. Dieser ist tiefer und größer als der auf der rechten Lunge, auf dessen Ebene das Herz nach links vorsteht. ⓘ
Auf der gleichen Fläche, unmittelbar über dem Hilum, befindet sich eine gut ausgeprägte gebogene Rinne für den Aortenbogen und darunter eine Rinne für die absteigende Aorta. Die linke Arteria subclavia, ein Abzweig des Aortenbogens, sitzt in einer Rinne vom Bogen bis nahe der Lungenspitze. Eine flachere Rinne vor der Arterie und in der Nähe des Lungenrands beherbergt die linke Vena brachiocephalica. Die Speiseröhre kann in einer breiteren flachen Vertiefung an der Basis der Lunge sitzen. ⓘ
Das Gewicht des linken Lungenflügels beträgt bei Männern 110-675 g (0,243-1,488 lb) und bei Frauen 105-515 g (0,231-1,135 lb) (Standard-Referenzbereich). ⓘ
Illustrationen
Thorax-CT (axiales Lungenfenster)
Thorax-CT (koronales Lungenfenster)
Thorax-CT (axiales Lungenfenster)
Thorax-CT (koronales Lungenfenster)
"Lernen Sie die Lunge kennen" von Khan Academy
Pulmonologie-Video
3D-Anatomie der Lungenflügel und -fissuren. ⓘ
Mikroanatomie
Die Lunge ist Teil der unteren Atemwege und beherbergt die Bronchialluftwege, die von der Luftröhre abzweigen. Die bronchialen Luftwege enden in Alveolen, die das Funktionsgewebe (Parenchym) der Lunge bilden, sowie in Venen, Arterien, Nerven und Lymphgefäßen. Die Luftröhre und die Bronchien weisen in ihrer Schleimhaut und Submukosa ein Lymphgefäßgeflecht auf. Die kleineren Bronchien haben nur eine einzige Schicht von Lymphkapillaren, die in den Alveolen nicht vorhanden sind. Die Lunge verfügt über das größte Lymphdrainagesystem aller anderen Organe des Körpers. Jede Lunge ist von einer serösen Membran der Pleura visceralis umgeben, unter der sich eine Schicht aus lockerem Bindegewebe befindet, die mit der Lungensubstanz verbunden ist. ⓘ
Bindegewebe
Das Bindegewebe der Lunge besteht aus elastischen und kollagenen Fasern, die sich zwischen den Kapillaren und den Alveolarwänden befinden. Elastin ist das Schlüsselprotein der extrazellulären Matrix und der Hauptbestandteil der elastischen Fasern. Elastin verleiht der Lunge die notwendige Elastizität und Spannkraft, die für die anhaltende Dehnung beim Atmen erforderlich ist, die als Lungen-Compliance bezeichnet wird. Es ist auch für den erforderlichen elastischen Rückstoß verantwortlich. Elastin ist in stark beanspruchten Bereichen wie den Öffnungen der Alveolen und den Alveolarknotenpunkten stärker konzentriert. Das Bindegewebe verbindet alle Alveolen miteinander und bildet das Lungenparenchym, das wie ein Schwamm aussieht. Die Alveolen haben in ihren Wänden miteinander verbundene Luftkanäle, die so genannten Kohnschen Poren. ⓘ
Epithel der Atemwege
Die gesamten unteren Atemwege, einschließlich der Luftröhre, der Bronchien und der Bronchiolen, sind mit respiratorischem Epithel ausgekleidet. Dabei handelt es sich um ein Flimmerepithel, das von Becherzellen, die Muzin, den Hauptbestandteil des Schleims, produzieren, Flimmerzellen, Basalzellen und in den terminalen Bronchiolen von Keimzellen, die ähnlich wie Basalzellen wirken, und Makrophagen durchsetzt ist. Die Epithelzellen und die submukösen Drüsen im gesamten Respirationstrakt sezernieren Oberflächenflüssigkeit der Atemwege (ASL), deren Zusammensetzung streng reguliert ist und bestimmt, wie gut die mukoziliäre Clearance funktioniert. ⓘ
Neuroendokrine Zellen der Lunge sind im gesamten Epithel der Atemwege, einschließlich des Alveolarepithels, zu finden, obwohl sie nur etwa 0,5 % der gesamten Epithelpopulation ausmachen. PNEC sind innervierte Epithelzellen der Atemwege, die besonders an den Verbindungsstellen der Atemwege konzentriert sind. Diese Zellen können Serotonin, Dopamin und Noradrenalin sowie Polypeptidprodukte produzieren. Zytoplasmatische Fortsätze der pulmonalen neuroendokrinen Zellen reichen bis in das Lumen der Atemwege, wo sie die Zusammensetzung des eingeatmeten Gases wahrnehmen können. ⓘ
Bronchiale Luftwege
In den Bronchien befinden sich unvollständige Tracheenringe aus Knorpel und kleinere Knorpelplatten, die sie offen halten. Die Bronchiolen sind zu eng, um Knorpel zu tragen, und ihre Wände bestehen aus glatter Muskulatur, die in den engeren Atmungsbronchiolen, die hauptsächlich nur aus Epithel bestehen, kaum vorhanden ist. Das Fehlen von Knorpel in den terminalen Bronchiolen gibt ihnen den alternativen Namen membranöse Bronchiolen. ⓘ
Respiratorische Zone
Die leitende Zone der Atemwege endet an den terminalen Bronchiolen, wenn sie sich in die respiratorischen Bronchiolen verzweigen. Dies markiert den Beginn der terminalen respiratorischen Einheit, die als Acinus bezeichnet wird und die die respiratorischen Bronchiolen, die Alveolarkanäle, die Alveolarsäcke und die Alveolen umfasst. Ein Acinus misst bis zu 10 mm im Durchmesser. Ein primäres Lungenläppchen ist der Teil des Acinus, der die Alveolargänge, -säcke und -bläschen, nicht aber die Atmungsbronchiolen einschließt. Die als sekundärer Lungenlappen bezeichnete Einheit ist der Lappen, der meist als Lungenlappen oder Atemwegslappen bezeichnet wird. Bei diesem Läppchen handelt es sich um eine diskrete Einheit, die der kleinste Teil der Lunge ist, den man ohne Hilfsmittel sehen kann. Das sekundäre Lungenläppchen setzt sich wahrscheinlich aus 30 bis 50 primären Lungenläppchen zusammen. Das Läppchen wird von einer terminalen Bronchiole versorgt, die sich in respiratorische Bronchiolen verzweigt. Die Atmungsbronchiolen versorgen die Alveolen in jedem Acinus und werden von einem Ast der Lungenarterie begleitet. Jedes Läppchen ist von einer interlobulären Scheidewand umgeben. Jeder Acinus ist unvollständig durch eine interlobuläre Scheidewand getrennt. ⓘ
Aus der Atmungsbronchiole entspringen die Alveolarkanäle, die zu den Alveolarsäcken führen, die zwei oder mehr Alveolen enthalten. Die Wände der Alveolen sind extrem dünn und ermöglichen eine schnelle Diffusion. Die Alveolen haben miteinander verbundene kleine Luftkanäle in ihren Wänden, die so genannten Kohn-Poren. ⓘ
Alveolen
Die Oxygenierung des Blutes und die CO2-Abgabe erfolgt in den Alveolen. Diese etwa 300 Millionen sackartigen Erweiterungen (beim erwachsenen Menschen) haben einen Durchmesser von ca. 200 μm. Die von ihnen gebildete Fläche wird als Respiratorische Fläche bezeichnet. Die Alveolen bestehen aus den kleinen Alveolarzellen oder Pneumozyten Typ I, die weniger als 0,1 Mikrometer dick sein können und das Epithel der Alveolen bilden, und den großen Alveolarzellen oder Pneumozyten Typ II, die Surfactant produzieren. Der Anti-Atelektase-Faktor reduziert die Oberflächenspannung gegen ein in sich Zusammenfallen. Weiterhin finden sich noch Alveolarmakrophagen (Fresszellen), die aus dem Blut stammen und Staub phagozytieren (Staubzellen) oder nach Blutungen Hämosiderin, ein Abbauprodukt des Blutfarbstoffes Hämoglobin, aufnehmen (Herzfehlerzellen). ⓘ
Zwischen Luft und Blut befindet sich eine dreischichtige Trennwand, die Blut-Luft-Schranke. Sie wird vom Epithel der Alveolen, der epithelialen und der endothelialen Basalmembran sowie dem Endothel der Kapillaren gebildet und ist zwischen 0,1 und 1,5 μm dick. ⓘ
Da die Interzellularkontakte des Kapillarendothels für Flüssigkeit durchlässiger sind als die der Alveolarzellen, kann bei Herzschwäche Flüssigkeit in das Bindegewebe austreten und zu einem interstitiellen Ödem (Lungenödem) führen. ⓘ
Das Bindegewebe zwischen den Bronchien und Alveolen enthält die Aufzweigungen der Lungenarterien und -venen. Die Aufzweigungen der Lungenarterie führen das Blut zu den Alveolen. Der Lymphabfluss erfolgt über die Lungenlymphknoten (Nll. pulmonales) und dann in die Tracheobronchiallymphknoten (Nll. tracheobronchiales). ⓘ
Alveolen bestehen aus zwei Arten von Alveolarzellen und einem Alveolarmakrophagen. Die beiden Zelltypen werden als Typ-I- und Typ-II-Zellen (auch als Pneumozyten bezeichnet) bezeichnet. Die Typen I und II bilden die Wände und die Alveolarsepten. Zellen des Typs I machen 95 % der Oberfläche jeder Alveole aus und sind flach ("schuppenförmig"), während Zellen des Typs II im Allgemeinen in den Ecken der Alveolen angesammelt sind und eine quaderförmige Form haben. Trotzdem kommen die Zellen in einem ungefähr gleichen Verhältnis von 1:1 oder 6:4 vor. ⓘ
Typ I sind Plattenepithelzellen, die die Alveolarwandstruktur bilden. Sie haben extrem dünne Wände, die einen leichten Gasaustausch ermöglichen. Diese Zellen vom Typ I bilden auch die Alveolarsepten, die die einzelnen Alveolen voneinander trennen. Die Septen bestehen aus einer epithelialen Auskleidung und zugehörigen Basalmembranen. Die Zellen des Typs I können sich nicht teilen und sind daher auf die Differenzierung durch Zellen des Typs II angewiesen. ⓘ
Typ-II-Zellen sind größer, kleiden die Alveolen aus und produzieren und sezernieren Epithelfutterflüssigkeit und Lungensurfactant. Typ-II-Zellen sind in der Lage, sich zu teilen und in Typ-I-Zellen zu differenzieren. ⓘ
Die Alveolarmakrophagen spielen eine wichtige Rolle im Immunsystem. Sie entfernen Substanzen, die sich in den Alveolen ablagern, einschließlich loser roter Blutkörperchen, die aus den Blutgefäßen herausgedrückt wurden. ⓘ
Mikrobiota
In der Lunge gibt es eine große Anzahl von Mikroorganismen, die als Mikrobiota der Lunge bekannt sind und mit den Epithelzellen der Atemwege interagieren; eine Interaktion, die wahrscheinlich für die Aufrechterhaltung der Homöostase wichtig ist. Die Mikrobiota ist bei gesunden Menschen komplex und dynamisch und wird bei Krankheiten wie Asthma und COPD verändert. So können beispielsweise bei COPD nach einer Infektion mit Rhinoviren erhebliche Veränderungen auftreten. Zu den Pilzgattungen, die üblicherweise als Mykobakterien in der Mikrobiota zu finden sind, gehören Candida, Malassezia, Saccharomyces und Aspergillus. ⓘ
Atmungstrakt
Die unteren Atemwege sind Teil des Atmungssystems und bestehen aus der Luftröhre und den darunter liegenden Strukturen, einschließlich der Lunge. Die Luftröhre nimmt die Luft aus dem Rachen auf und führt nach unten zu einer Stelle, an der sie sich (die Carina) in einen rechten und einen linken Primärbronchus teilt. Diese versorgen die rechte und linke Lunge mit Luft und teilen sich nach und nach in die sekundären und tertiären Bronchien für die Lungenflügel und in immer kleinere Bronchiolen auf, bis sie zu den Atmungsbronchiolen werden. Diese wiederum führen die Luft durch die Alveolarkanäle in die Alveolen, wo der Gasaustausch stattfindet. Der eingeatmete Sauerstoff diffundiert durch die Wände der Alveolen in die umgebenden Kapillaren und in den Blutkreislauf, während das Kohlendioxid aus dem Blut in die Lunge diffundiert, um abgeatmet zu werden. ⓘ
Die geschätzte Gesamtoberfläche der Lunge schwankt zwischen 50 und 75 Quadratmetern. In Lehrbüchern und Medien wird sie oft mit der Größe eines Tennisplatzes angegeben, tatsächlich ist sie aber weniger als halb so groß wie ein Einzelplatz. ⓘ
Die Bronchien in der Leitungszone sind mit hyalinem Knorpel verstärkt, um die Atemwege offen zu halten. Die Bronchiolen haben keinen Knorpel und sind stattdessen von glatter Muskulatur umgeben. Die Luft wird auf 37 °C (99 °F) erwärmt, befeuchtet und durch die Leitungszone gereinigt. Partikel aus der Luft werden von den Flimmerhärchen auf dem Atmungsepithel, das die Atemwege auskleidet, in einem als mukoziliäre Clearance bezeichneten Prozess entfernt. ⓘ
Lungen-Dehnungsrezeptoren in der glatten Muskulatur der Atemwege lösen einen Reflex aus, der als Hering-Breuer-Reflex bekannt ist und eine Überblähung der Lunge bei kräftigem Einatmen verhindert. ⓘ
Blutzufuhr
Die Lunge wird von einem bronchialen und einem pulmonalen Kreislauf mit Blut versorgt. Der bronchiale Kreislauf versorgt die Atemwege der Lunge über die Bronchialarterien, die von der Aorta abgehen, mit sauerstoffreichem Blut. Normalerweise gibt es drei Arterien, zwei für die linke und eine für die rechte Lunge, die sich entlang der Bronchien und Bronchiolen verzweigen. Der Lungenkreislauf transportiert sauerstoffarmes Blut vom Herzen in die Lunge und führt das sauerstoffreiche Blut wieder zum Herzen zurück, um den Rest des Körpers zu versorgen. ⓘ
Das Blutvolumen der Lunge beträgt durchschnittlich 450 Milliliter, das sind etwa 9 % des Gesamtblutvolumens des gesamten Kreislaufsystems. Diese Menge kann leicht zwischen der Hälfte und dem Doppelten des normalen Volumens schwanken. Auch bei einem Blutverlust durch eine Blutung kann das Blut aus der Lunge teilweise kompensiert werden, indem es automatisch in den Körperkreislauf übergeht. ⓘ
Nervliche Versorgung
Die Lunge wird durch Nerven des autonomen Nervensystems versorgt. Der Input aus dem parasympathischen Nervensystem erfolgt über den Nervus vagus. Wenn er durch Acetylcholin stimuliert wird, bewirkt er eine Verengung der glatten Muskulatur, die die Bronchien und Bronchiolen auskleidet, und erhöht die Sekretion aus Drüsen. Die Lunge hat auch einen sympathischen Tonus durch Noradrenalin, das auf die Beta-2-Adrenozeptoren in den Atemwegen wirkt und eine Bronchodilatation bewirkt. ⓘ
Die Atmung erfolgt aufgrund von Nervensignalen, die vom Atemzentrum im Hirnstamm über den Nervus phrenicus vom Plexus cervicalis an das Zwerchfell gesendet werden. ⓘ
Variation
Die Lungenflügel sind anatomischen Variationen unterworfen. Eine horizontale Fissur zwischen den Lungenflügeln wurde bei 25 % der rechten Lungenflügel als unvollständig oder in 11 % der Fälle sogar als nicht vorhanden befunden. Eine akzessorische Fissur wurde bei 14 % der linken und 22 % der rechten Lunge festgestellt. Bei 21 % bis 47 % der linken Lungen wurde eine unvollständige schräge Fissur festgestellt. In einigen Fällen fehlt eine Fissur oder ist überzählig, so dass die rechte Lunge nur zwei Lappen oder die linke Lunge drei Lappen aufweist. ⓘ
Eine Variation in der Verzweigungsstruktur der Atemwege wurde insbesondere bei der zentralen Verzweigung der Atemwege festgestellt. Verzweigung. Diese Abweichung wird mit der Entwicklung von COPD im Erwachsenenalter in Verbindung gebracht. ⓘ
Entwicklung
Die Entwicklung der menschlichen Lunge geht aus der laryngotrachealen Furche hervor und entwickelt sich über mehrere Wochen beim Fötus und mehrere Jahre nach der Geburt zur Reife. ⓘ
Der Kehlkopf, die Luftröhre, die Bronchien und die Lungen, aus denen sich die Atemwege zusammensetzen, beginnen sich in der vierten Woche der Embryogenese aus der Lungenknospe zu bilden, die ventral am kaudalen Teil des Vorderdarms erscheint. ⓘ
Der Respirationstrakt hat eine verzweigte Struktur und wird auch als Atmungsbaum bezeichnet. Im Embryo entwickelt sich diese Struktur im Prozess der Verzweigungsmorphogenese und entsteht durch die wiederholte Abspaltung der Spitze des Astes. Bei der Entwicklung der Lunge (wie auch bei einigen anderen Organen) bildet das Epithel verzweigte Röhren. Die Lunge hat eine Links-Rechts-Symmetrie, und jede Knospe, die als Bronchialknospe bezeichnet wird, wächst als röhrenförmiges Epithel aus, das zu einem Bronchus wird. Jeder Bronchus verzweigt sich in Bronchiolen. Die Verzweigung entsteht dadurch, dass sich die Spitze jeder Röhre verzweigt. Durch die Verzweigung entstehen die Bronchien, Bronchiolen und schließlich die Alveolen. Die vier Gene, die am häufigsten mit der Verzweigungsmorphogenese in der Lunge in Verbindung gebracht werden, sind das interzelluläre Signalprotein Sonic Hedgehog (SHH), die Fibroblasten-Wachstumsfaktoren FGF10 und FGFR2b sowie das morphogenetische Knochenprotein BMP4. FGF10 wird die wichtigste Rolle zugeschrieben. FGF10 ist ein parakrines Signalmolekül, das für die Verzweigung des Epithels benötigt wird, und SHH hemmt FGF10. Die Entwicklung der Alveolen wird durch einen anderen Mechanismus beeinflusst, bei dem die fortgesetzte Verzweigung gestoppt wird und die distalen Spitzen zur Bildung der Alveolen erweitert werden. ⓘ
Am Ende der vierten Woche teilt sich die Lungenknospe in zwei, die rechte und die linke primäre Bronchialknospe auf beiden Seiten der Luftröhre. In der fünften Woche verzweigt sich die rechte Knospe in drei sekundäre Bronchialknospen und die linke Knospe in zwei sekundäre Bronchialknospen. Daraus entstehen die Lungenflügel, drei auf der rechten und zwei auf der linken Seite. In der folgenden Woche verzweigen sich die sekundären Knospen in tertiäre Knospen, etwa zehn auf jeder Seite. Von der sechsten bis zur sechzehnten Woche erscheinen die wichtigsten Bestandteile der Lunge mit Ausnahme der Alveolen. Von der 16. bis zur 26. Woche erweitern sich die Bronchien und das Lungengewebe wird stark vaskularisiert. Außerdem entwickeln sich Bronchiolen und Alveolarkanäle. In der 26. Woche haben sich die Endbronchiolen gebildet, die sich in zwei Atemwegsbronchiolen verzweigen. In der Zeit von der 26. Woche bis zur Geburt wird die wichtige Blut-Luft-Schranke aufgebaut. Es bilden sich spezialisierte Alveolarzellen des Typs I, in denen der Gasaustausch stattfindet, sowie Alveolarzellen des Typs II, die pulmonales Surfactant absondern. Das Surfactant verringert die Oberflächenspannung an der Luft-Alveolar-Oberfläche, wodurch sich die Alveolarsäcke ausdehnen können. Die Alveolarsäcke enthalten die primitiven Alveolen, die sich am Ende der Alveolarkanäle bilden, Ihr Erscheinen um den siebten Monat herum markiert den Punkt, an dem eine begrenzte Atmung möglich ist und das Frühgeborene überleben kann. ⓘ
Vitamin-A-Mangel
Die sich entwickelnde Lunge reagiert besonders empfindlich auf Veränderungen des Vitamin-A-Spiegels. Vitamin-A-Mangel wird mit Veränderungen der Epithelauskleidung der Lunge und des Lungenparenchyms in Verbindung gebracht. Dies kann die normale Physiologie der Lunge stören und zu Atemwegserkrankungen prädisponieren. Ein schwerer Nährstoffmangel an Vitamin A führt zu einer verminderten Bildung der Alveolarwände (Septen) und zu bemerkenswerten Veränderungen des Atmungsepithels; Veränderungen werden in der extrazellulären Matrix und im Proteingehalt der Basalmembran festgestellt. Die extrazelluläre Matrix hält die Elastizität der Lunge aufrecht; die Basalmembran ist mit dem Alveolarepithel verbunden und spielt eine wichtige Rolle für die Blut-Luft-Schranke. Ein Mangel wird mit Funktionsstörungen und Krankheiten in Verbindung gebracht. Vitamin A ist von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung der Alveolen, die noch mehrere Jahre nach der Geburt andauert. ⓘ
Nach der Geburt
Bei der Geburt sind die Lungen des Babys mit Flüssigkeit gefüllt, die von den Lungen abgesondert wird, und sie sind nicht aufgeblasen. Nach der Geburt reagiert das zentrale Nervensystem des Säuglings auf die plötzliche Veränderung der Temperatur und der Umgebung. Dadurch wird der erste Atemzug innerhalb von etwa 10 Sekunden nach der Geburt ausgelöst. Vor der Geburt ist die Lunge mit fetaler Lungenflüssigkeit gefüllt. Nach dem ersten Atemzug wird die Flüssigkeit schnell in den Körper absorbiert oder ausgeatmet. Der Widerstand in den Blutgefäßen der Lunge nimmt ab, wodurch sich die Oberfläche für den Gasaustausch vergrößert, und die Lunge beginnt spontan zu atmen. Dies geht mit anderen Veränderungen einher, die dazu führen, dass mehr Blut in das Lungengewebe gelangt. ⓘ
Bei der Geburt ist die Lunge sehr unterentwickelt und weist nur etwa ein Sechstel der Alveolen der erwachsenen Lunge auf. Die Alveolen bilden sich bis ins frühe Erwachsenenalter weiter, und ihre Fähigkeit, sich bei Bedarf zu bilden, zeigt sich in der Regeneration der Lunge. Die Alveolarsepten haben ein doppeltes Kapillarnetz anstelle des einfachen Netzes der entwickelten Lunge. Erst nach der Reifung des Kapillarnetzes kann die Lunge in eine normale Wachstumsphase eintreten. Auf das frühe Wachstum der Alveolen folgt eine weitere Phase, in der die Alveolen vergrößert werden. ⓘ
Funktion
Gasaustausch
Das Atmen beginnt beim Einatmen (Inspiration) in der Regel mit der Interkostalmuskulatur bzw. dem Zwerchfell. Das Zwerchfell ist der stärkste Inspirationsmuskel, bei seiner Kontraktion flacht es sich ab und drückt die Bauch- und Beckeneingeweide nach kaudal (steißbeinwärts), wodurch sich das Thoraxvolumen vergrößert. Bei der Brustatmung kontrahieren sich die Musculi intercostales externi (äußere Zwischenrippenmuskeln). Dabei wird der Brustkorb angehoben und erweitert, wodurch die Lunge, die, selbst von der Pleura visceralis (oder pulmonalis) überzogen, über den Pleuraspalt (Cavitas pleuralis) mit der Pleura parietalis des Brustkorbs in Verbindung steht, mitgedehnt wird. Dadurch sinkt der Druck in der Lunge. Nach größeren Anstrengungen können zur erleichterten Atmung weitere Atemhilfsmuskeln beigezogen werden, z. B. der kleine und große Brustmuskel. Dies machen sich Sportler nach einem intensiven Rennen zu Nutze, indem sie sich mit den Armen zum Beispiel an einer Mauer aufstützen: ihre Arme sind dann fixiert (Punctum fixum), und somit ziehen die Brustmuskeln nicht die Arme zum Brustkorb, sondern umgekehrt den Brustkorb zu den Armen, die Rippen werden angehoben, und die Lunge füllt sich mit Luft. Nach der Druck-Volumen-Beziehung (Boyle-Mariottesches Gesetz) muss aber nun bei Änderungen des Drucks – sofern die Nasenlöcher bzw. der Mund offen sind und mit der Außenwelt in Verbindung stehen – das Volumen isobar (d. h. bei gleichem Druck) zunehmen. Die Lunge füllt sich, die Inspiration ist beendet. ⓘ
Bei der Zwerchfellatmung senkt sich das Zwerchfell lediglich durch Kontraktion (das Zwerchfell besteht aus Muskulatur) und bewirkt somit eine Dehnung der Lungenflügel nach unten. ⓘ
Die Ausatmung (Exspiration) geht zumeist passiv vonstatten, denn nach der Inspiration ist die Lunge samt Brustkorb so weit gedehnt, dass darin elastische Verformungsarbeit gespeichert ist (ähnlich einer Feder, die zunächst gespannt und dann losgelassen wird), die der Lunge die „verbrauchte“ Luft austreibt. Erfolgt die Exspiration mit Beteiligung der exspiratorischen Atemhilfsmuskulatur, so spricht man von forcierter Exspiration. Dabei kontrahieren sich zunächst die Mm. intercostales interni, es können aber auch diverse andere Atemhilfsmuskeln zum Zuge kommen. Eine besondere Rolle im Zusammenhang mit der forcierten Exspiration spielt vor allem der Musculus latissimus dorsi („Hustenmuskel“). ⓘ
Die Hauptfunktion der Lunge ist der Gasaustausch zwischen der Lunge und dem Blut. Die alveolären und pulmonalen Kapillargase gleichen sich über die dünne Blut-Luft-Schranke aus. Diese dünne Membran (etwa 0,5 - 2 μm dick) ist in etwa 300 Millionen Alveolen gefaltet und bietet eine extrem große Oberfläche (Schätzungen schwanken zwischen 70 und 145 m2) für den Gasaustausch. ⓘ
Die Lungen sind nicht in der Lage, sich zum Atmen aus eigener Kraft auszudehnen, sondern nur, wenn sich das Volumen der Brusthöhle vergrößert. Dies wird durch die Atemmuskulatur erreicht, indem sich das Zwerchfell zusammenzieht und die Zwischenrippenmuskeln den Brustkorb nach oben ziehen, wie in der Abbildung dargestellt. Beim Ausatmen entspannen sich die Muskeln und die Lunge kehrt in ihre Ruhestellung zurück. Zu diesem Zeitpunkt enthält die Lunge die funktionelle Restkapazität (FRC) an Luft, die beim erwachsenen Menschen ein Volumen von etwa 2,5 bis 3,0 Litern hat. ⓘ
Bei schwerer Atmung wie bei Anstrengung werden zahlreiche akzessorische Muskeln im Nacken und im Bauch rekrutiert, die beim Ausatmen den Brustkorb nach unten ziehen, wodurch sich das Volumen der Brusthöhle verringert. Der FRC ist nun verringert, aber da die Lunge nicht vollständig entleert werden kann, verbleibt noch etwa ein Liter Restluft. Zur Beurteilung von Lungenvolumen und -kapazität werden Lungenfunktionstests durchgeführt. ⓘ
Schutz
Die Lunge verfügt über mehrere Eigenschaften, die sie vor Infektionen schützen. Die Atemwege sind von Atemwegsepithel oder Atemwegsschleimhaut ausgekleidet, mit haarähnlichen Fortsätzen, den Zilien, die rhythmisch schlagen und den Schleim befördern. Diese mukoziliäre Clearance ist ein wichtiges Abwehrsystem gegen Infektionen durch die Luft. Die Staubpartikel und Bakterien in der eingeatmeten Luft bleiben an der Schleimhautoberfläche der Atemwege hängen und werden durch das rhythmische Aufwärtsschlagen der Flimmerhärchen in Richtung Rachen befördert. Die Lungenschleimhaut sondert auch Immunglobulin A ab, das vor Infektionen der Atemwege schützt; Becherzellen scheiden Schleim aus, der auch verschiedene antimikrobielle Verbindungen wie Defensine, Antiproteasen und Antioxidantien enthält. Eine seltene Art von spezialisierten Zellen, die so genannten pulmonalen Ionozyten, die vermutlich die Viskosität des Schleims regulieren, wurde beschrieben. Darüber hinaus enthält die Lungenschleimhaut auch Makrophagen, Immunzellen, die in einem als Phagozytose bezeichneten Prozess Ablagerungen und Mikroben, die in die Lunge gelangen, aufnehmen und zerstören, sowie dendritische Zellen, die Antigene präsentieren, um Komponenten des adaptiven Immunsystems wie T- und B-Zellen zu aktivieren. ⓘ
Die Größe der Atemwege und der Luftstrom schützen die Lunge auch vor größeren Partikeln. Kleinere Partikel lagern sich im Mund und hinter dem Mund im Oropharynx ab, und größere Partikel werden nach dem Einatmen in den Nasenhaaren festgehalten. ⓘ
Andere
Neben ihrer Funktion bei der Atmung hat die Lunge noch eine Reihe weiterer Aufgaben. Sie sind an der Aufrechterhaltung der Homöostase beteiligt und tragen als Teil des Renin-Angiotensin-Systems zur Regulierung des Blutdrucks bei. Die innere Auskleidung der Blutgefäße sondert Angiotensin-Converting Enzyme (ACE) ab, ein Enzym, das die Umwandlung von Angiotensin I in Angiotensin II katalysiert. Die Lunge ist an der Säure-Basen-Homöostase des Blutes beteiligt, indem sie beim Atmen Kohlendioxid ausstößt. ⓘ
Die Lunge hat auch eine Schutzfunktion. Mehrere im Blut befindliche Stoffe, wie einige Arten von Prostaglandinen, Leukotriene, Serotonin und Bradykinin, werden über die Lunge ausgeschieden. Medikamente und andere Stoffe können in der Lunge absorbiert, verändert oder ausgeschieden werden. Die Lunge filtert kleine Blutgerinnsel aus den Venen heraus und verhindert, dass sie in die Arterien gelangen und einen Schlaganfall verursachen. ⓘ
Die Lunge spielt auch eine zentrale Rolle beim Sprechen, indem sie Luft und Luftstrom für die Erzeugung von Stimmlauten und anderen parasprachlichen Kommunikationen wie Seufzen und Schnaufen bereitstellt. ⓘ
Forschungsergebnisse deuten auf eine Rolle der Lunge bei der Produktion von Blutplättchen hin. ⓘ
Gen- und Proteinexpression
Etwa 20.000 proteinkodierende Gene werden in menschlichen Zellen exprimiert, und fast 75 % dieser Gene werden in der normalen Lunge exprimiert. Etwas weniger als 200 dieser Gene werden spezifischer in der Lunge exprimiert, wobei weniger als 20 Gene sehr lungenspezifisch sind. Die höchste Expression lungenspezifischer Proteine sind verschiedene Surfactant-Proteine, wie SFTPA1, SFTPB und SFTPC, sowie Napsin, das in Typ-II-Pneumozyten exprimiert wird. Andere Proteine mit erhöhter Expression in der Lunge sind das Dynein-Protein DNAH5 in Flimmerzellen und das sezernierte Protein SCGB1A1 in schleimabsondernden Becherzellen der Atemwegsschleimhaut. ⓘ
Klinische Bedeutung
Die Lunge kann von einer Reihe von Krankheiten und Störungen betroffen sein. Die Pulmonologie ist das medizinische Fachgebiet, das sich mit Atemwegserkrankungen befasst, die die Lunge und das Atmungssystem betreffen. Die Herz-Thorax-Chirurgie befasst sich mit chirurgischen Eingriffen an der Lunge, einschließlich Operationen zur Verringerung des Lungenvolumens, Lobektomie, Pneumektomie und Lungentransplantation. ⓘ
Entzündungen und Infektionen
Entzündungen des Lungengewebes sind Lungenentzündungen, der Atemwege sind Bronchitis und Bronchiolitis und der die Lunge umgebenden Rippenfelle sind Rippenfellentzündungen. Entzündungen werden in der Regel durch Infektionen mit Bakterien oder Viren verursacht. Wenn sich das Lungengewebe aufgrund anderer Ursachen entzündet, spricht man von einer Pneumonitis. Eine der Hauptursachen für eine bakterielle Lungenentzündung ist die Tuberkulose. Chronische Infektionen treten häufig bei Menschen mit Immunschwäche auf und können auch eine Pilzinfektion durch Aspergillus fumigatus umfassen, die zur Bildung eines Aspergilloms in der Lunge führen kann. ⓘ
Alkohol beeinträchtigt die Lunge und kann eine entzündliche alkoholische Lungenerkrankung verursachen. Akute Alkoholexposition stimuliert das Schlagen der Flimmerhärchen im Epithel der Atemwege. Eine chronische Exposition führt jedoch zu einer Desensibilisierung der Zilienreaktion, wodurch die mukoziliäre Clearance (MCC) verringert wird. Die mukoziliäre Clearance ist ein angeborenes Abwehrsystem, das vor Schadstoffen und Krankheitserregern schützt, und wenn dieses System gestört ist, sinkt die Zahl der Alveolarmakrophagen. Eine anschließende Entzündungsreaktion ist die Freisetzung von Zytokinen. Eine weitere Folge ist die Anfälligkeit für Infektionen. ⓘ
Veränderungen der Blutzufuhr
Eine Lungenembolie ist ein Blutgerinnsel, das sich in den Lungenarterien festsetzt. Die meisten Embolien entstehen als Folge einer tiefen Beinvenenthrombose. Lungenembolien können mit Hilfe einer Beatmungs-/Perfusionsuntersuchung, einer CT-Untersuchung der Lungenarterien oder Bluttests wie dem D-Dimer untersucht werden. Die pulmonale Hypertonie beschreibt einen erhöhten Druck am Anfang der Lungenarterie, der eine Vielzahl unterschiedlicher Ursachen haben kann. Auch andere, seltenere Erkrankungen können die Blutversorgung der Lunge beeinträchtigen, wie die Granulomatose mit Polyangiitis, die eine Entzündung der kleinen Blutgefäße der Lunge und der Nieren verursacht. ⓘ
Eine Lungenkontusion ist eine durch ein Thoraxtrauma verursachte Prellung. Sie führt zu einer Blutung der Lungenbläschen und damit zu einer Flüssigkeitsansammlung, die die Atmung beeinträchtigen kann, wobei diese Blutung leicht oder schwer sein kann. Die Funktion der Lunge kann auch durch die Kompression von Flüssigkeit in der Pleurahöhle (Pleuraerguss) oder durch andere Substanzen wie Luft (Pneumothorax), Blut (Hämothorax) oder seltenere Ursachen beeinträchtigt werden. Diese können mit Hilfe einer Röntgenaufnahme des Brustkorbs oder einer Computertomographie untersucht werden und erfordern möglicherweise das Einsetzen einer chirurgischen Drainage, bis die zugrunde liegende Ursache ermittelt und behandelt ist. ⓘ
Obstruktive Lungenerkrankungen
Asthma, Bronchiektasien und die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD), zu der auch die chronische Bronchitis und das Emphysem gehören, sind allesamt obstruktive Lungenerkrankungen, die durch eine Verengung der Atemwege gekennzeichnet sind. Dadurch wird die Luftmenge, die in die Alveolen eindringen kann, durch eine entzündungsbedingte Verengung des Bronchialbaums eingeschränkt. Obstruktive Lungenerkrankungen werden häufig anhand von Symptomen erkannt und mit Lungenfunktionstests wie der Spirometrie diagnostiziert. Viele obstruktive Lungenerkrankungen werden durch Vermeidung von Auslösern (wie Hausstaubmilben oder Rauchen), durch Symptomkontrolle (z. B. durch Bronchodilatatoren) und in schweren Fällen durch Unterdrückung der Entzündung (z. B. durch Kortikosteroide) behandelt. Eine häufige Ursache der chronischen Bronchitis und des Emphysems ist das Rauchen, und zu den häufigen Ursachen der Bronchiektasie gehören schwere Infektionen und Mukoviszidose. Die endgültige Ursache von Asthma ist noch nicht bekannt. ⓘ
Der Abbau von Alveolargewebe, oft als Folge des Rauchens, führt zu einem Emphysem, das so schwerwiegend werden kann, dass es sich zu einer COPD entwickelt. Elastase baut das Elastin im Bindegewebe der Lunge ab, was ebenfalls zu einem Emphysem führen kann. Elastase wird durch das Akute-Phase-Protein Alpha-1-Antitrypsin gehemmt, und wenn ein Mangel daran besteht, kann sich ein Emphysem entwickeln. Bei anhaltendem Stress durch das Rauchen geraten die Basalzellen der Atemwege durcheinander und verlieren ihre Regenerationsfähigkeit, die zur Reparatur der Epithelbarriere erforderlich ist. Die desorganisierten Basalzellen werden für die großen Veränderungen der Atemwege verantwortlich gemacht, die für die COPD charakteristisch sind, und können bei anhaltender Belastung eine bösartige Umwandlung erfahren. Studien haben gezeigt, dass die anfängliche Entwicklung des Emphysems auf die frühen Veränderungen des Atemwegsepithels der kleinen Atemwege zurückzuführen ist. Beim Übergang eines Rauchers zu einer klinisch definierten COPD kommt es zu weiteren Veränderungen der Basalzellen. ⓘ
Restriktive Lungenerkrankungen
Einige Arten von chronischen Lungenerkrankungen werden als restriktive Lungenerkrankungen eingestuft, da die Menge des an der Atmung beteiligten Lungengewebes eingeschränkt ist. Dazu gehört die Lungenfibrose, die auftreten kann, wenn die Lunge über einen längeren Zeitraum hinweg entzündet ist. Bei der Fibrose in der Lunge wird funktionierendes Lungengewebe durch faseriges Bindegewebe ersetzt. Dies kann auf eine Vielzahl von berufsbedingten Lungenerkrankungen wie die Kohlenarbeiter-Pneumokoniose, Autoimmunerkrankungen oder seltener auf eine Reaktion auf Medikamente zurückzuführen sein. Bei schweren Atemwegserkrankungen, bei denen die Spontanatmung nicht ausreicht, um das Leben zu erhalten, kann eine mechanische Beatmung erforderlich sein, um eine ausreichende Luftzufuhr zu gewährleisten. ⓘ
Krebserkrankungen
Lungenkrebs kann entweder direkt aus dem Lungengewebe entstehen oder als Folge einer Metastasierung aus einem anderen Teil des Körpers. Es gibt zwei Haupttypen von Primärtumoren, die als kleinzellige oder nicht-kleinzellige Lungenkarzinome bezeichnet werden. Der Hauptrisikofaktor für Krebs ist das Rauchen. Sobald ein Krebs identifiziert ist, wird er mit Hilfe von Untersuchungen wie einer Computertomographie (CT) eingeteilt, und es wird eine Gewebeprobe aus einer Biopsie entnommen. Krebserkrankungen können chirurgisch durch Entfernung des Tumors, durch Strahlen- oder Chemotherapie oder eine Kombination davon oder mit dem Ziel der Symptomkontrolle behandelt werden. In den Vereinigten Staaten wird die Lungenkrebsvorsorge für Hochrisikogruppen empfohlen. ⓘ
Angeborene Störungen
Zu den angeborenen Störungen gehören Mukoviszidose, pulmonale Hypoplasie (unvollständige Entwicklung der Lunge), angeborene Zwerchfellhernie und Atemnotsyndrom bei Säuglingen, das durch einen Mangel an Lungensurfactant verursacht wird. Ein Azygos-Lappen ist eine angeborene anatomische Abweichung, die zwar in der Regel keine Auswirkungen hat, aber bei thorakoskopischen Eingriffen Probleme verursachen kann. ⓘ
Druck im Pleuraraum
Ein Pneumothorax (kollabierte Lunge) ist eine abnormale Ansammlung von Luft im Pleuraraum, die eine Abkopplung der Lunge von der Brustwand verursacht. Die Lunge kann sich nicht gegen den Luftdruck im Pleuraraum ausdehnen. Ein leicht verständliches Beispiel ist ein traumatischer Pneumothorax, bei dem Luft von außerhalb des Körpers in den Pleuraraum eindringt, wie es bei einer Punktion der Brustwand der Fall ist. Ähnlich verhält es sich bei Tauchern, die bei vollständig aufgeblasener Lunge die Luft anhalten und aufsteigen, wodurch Luftsäcke (Alveolen) platzen und Luft unter hohem Druck in den Pleuraraum entweicht. ⓘ
Untersuchung
Im Rahmen einer körperlichen Untersuchung bei Atemwegssymptomen wie Kurzatmigkeit und Husten kann eine Lungenuntersuchung durchgeführt werden. Diese Untersuchung umfasst das Abtasten und die Auskultation. Die Bereiche der Lunge, die mit einem Stethoskop abgehört werden können, werden als Lungenfelder bezeichnet, und zwar das hintere, das seitliche und das vordere Lungenfeld. Die hinteren Felder können von hinten abgehört werden und umfassen: die Unterlappen (die drei Viertel der hinteren Felder einnehmen), die vorderen Felder, die das andere Viertel einnehmen, und die seitlichen Felder unter den Achselhöhlen, die linke Achselhöhle für den lingualen, die rechte Achselhöhle für den mittleren rechten Lappen. Die vorderen Felder können auch von vorne auskultiert werden. Ein Bereich, der als Auskultationsdreieck bekannt ist, ist ein Bereich mit dünnerer Muskulatur auf dem Rücken, der ein besseres Abhören ermöglicht. Abnormale Atemgeräusche, die während einer Lungenuntersuchung zu hören sind, können auf eine Lungenerkrankung hinweisen; Keuchen zum Beispiel wird häufig mit Asthma und COPD in Verbindung gebracht. ⓘ
Funktionsprüfung
Bei der Lungenfunktionsprüfung wird die Fähigkeit einer Person bewertet, unter verschiedenen Bedingungen ein- und auszuatmen. Das Volumen der von einer Person in Ruhe ein- und ausgeatmeten Luft ist das Tidalvolumen (normalerweise 500-750 ml); das inspiratorische Reservevolumen und das exspiratorische Reservevolumen sind die zusätzlichen Mengen, die eine Person zwangsweise ein- bzw. ausatmen kann. Die Summe der forcierten Ein- und Ausatmung ist die Vitalkapazität einer Person. Auch nach einer forcierten Ausatmung wird nicht die gesamte Luft aus der Lunge ausgestoßen; der Rest der Luft wird als Restvolumen bezeichnet. Zusammen werden diese Begriffe als Lungenvolumen bezeichnet. ⓘ
Lungenplethysmographen werden zur Messung der funktionellen Restkapazität eingesetzt. Die funktionelle Residualkapazität kann nicht durch Tests gemessen werden, die sich auf die Ausatmung stützen, da eine Person nur in der Lage ist, maximal 80 % ihrer gesamten funktionellen Kapazität zu atmen. Die Gesamtkapazität der Lunge hängt vom Alter, der Größe, dem Gewicht und dem Geschlecht des Betroffenen ab und liegt normalerweise zwischen 4 und 6 Litern. Frauen haben in der Regel eine um 20-25 % geringere Kapazität als Männer. Große Menschen haben in der Regel eine größere Gesamtlungenkapazität als kleine Menschen. Raucher haben eine geringere Kapazität als Nichtraucher. Dünnere Menschen haben tendenziell eine größere Kapazität. Die Lungenkapazität kann durch körperliches Training um bis zu 40 % gesteigert werden, aber die Wirkung kann durch Luftverschmutzung beeinträchtigt werden. ⓘ
Zu den weiteren Lungenfunktionstests gehört die Spirometrie, bei der die Menge (Volumen) und der Fluss der Luft, die ein- und ausgeatmet werden kann, gemessen werden. Das maximale Atemvolumen, das ausgeatmet werden kann, wird als Vitalkapazität bezeichnet. Insbesondere wird gemessen, wie viel eine Person in einer Sekunde ausatmen kann (das so genannte forcierte Ausatmungsvolumen (FEV1)), und zwar im Verhältnis zu der Menge, die sie insgesamt ausatmen kann (FEV). Dieses Verhältnis, das FEV1/FEV-Verhältnis, ist wichtig, um zu unterscheiden, ob eine Lungenerkrankung restriktiv oder obstruktiv ist. Ein weiterer Test ist der der Diffusionskapazität der Lunge - dies ist ein Maß für den Gastransfer von der Luft zum Blut in den Lungenkapillaren. ⓘ
Andere Tiere
Vögel
Die Lungen der Vögel sind relativ klein, aber sie sind mit 8 oder 9 Luftsäcken verbunden, die sich durch einen Großteil des Körpers erstrecken und wiederum mit Lufträumen in den Knochen verbunden sind. Beim Einatmen strömt die Luft durch die Luftröhre des Vogels in die Luftsäcke. Von den hinteren Luftsäcken strömt die Luft dann kontinuierlich durch die Lungen, die eine relativ feste Größe haben, zu den vorderen Luftsäcken. Von hier aus wird die Luft ausgeatmet. Diese Lungen mit fester Größe werden als "zirkulierende Lungen" bezeichnet, im Gegensatz zu den "Balglungen", die bei den meisten anderen Tieren zu finden sind. ⓘ
Die Lungen der Vögel enthalten Millionen winziger paralleler Gänge, die Parabronchi genannt werden. Von den Wänden der winzigen Gänge gehen kleine Säcke aus, die Atrien genannt werden; in diesen findet, wie in den Alveolen anderer Lungen, der Gasaustausch durch einfache Diffusion statt. Der Blutfluss um die Parabronchi und ihre Vorhöfe bildet einen Kreuzstromprozess des Gasaustauschs (siehe Abbildung rechts). ⓘ
Die Luftsäcke, in denen sich die Luft befindet, tragen trotz ihrer Dünnwandigkeit nur wenig zum Gasaustausch bei, da sie schlecht durchblutet sind. Die Luftsäcke dehnen sich aus und ziehen sich zusammen, wenn sich das Volumen von Thorax und Abdomen ändert. Diese Volumenänderung wird durch die Bewegung des Brustbeins und der Rippen verursacht, und diese Bewegung ist oft mit der Bewegung der Flugmuskeln synchronisiert. ⓘ
Parabronchi, bei denen der Luftstrom unidirektional ist, werden paleopulmonale Parabronchi genannt und sind bei allen Vögeln zu finden. Einige Vögel haben jedoch zusätzlich eine Lungenstruktur, bei der der Luftstrom in den Parabronchi bidirektional ist. Diese werden als neopulmonale Parabronchi bezeichnet. ⓘ
Im Gegensatz zur Säugetierlunge sind die Lungen der Vögel unbeweglich im Brustraum. Sie liegen dorsal einer Bindegewebsmembran (Septum horizontale). Das Brustfell wird zwar embryonal angelegt, bildet sich aber wieder zurück. Die Vogellunge ist nicht gelappt und vollzieht während der Atmung keine Volumenänderungen, sondern wird durch Luftsäcke belüftet. ⓘ
An der Gabelung der Luftröhre (Trachea) teilt sich das luftleitende System in die beiden Stammbronchien. Hier liegt auch das Stimmorgan der Vögel, die Syrinx. Von den Stammbronchien gehen vier Gruppen von Sekundärbronchien (medioventrale, mediodorsale, lateroventrale und laterodorsale). Die weiteren Aufzweigungen der laterodorsalen Bronchien bezeichnet man als Neopulmo. ⓘ
Von den Sekundärbronchien gehen Parabronchien (Lungenpfeifen) aus. Sie sind 0,5–2 mm dick. In ihrer Wand gibt es kleine trichterförmige Öffnungen, die in die Luftkapillaren (Pneumocapillares) führen. Die Luftkapillaren bilden ein Netzwerk meist untereinander kommunizierender Röhren und sind das eigentliche Austauschgewebe, um das dichte Blutkapillarnetze ausgebildet sind. Im Gegensatz zu den Säugetieren handelt es sich nicht um ein blind endendes System, sondern um ein offenes Röhrensystem. Nach Durchströmen der Lunge gelangt die Luft in die Luftsäcke, die wie Blasebälge für die Ventilation (den Luftstrom) sorgen. ⓘ
Reptilien
Die Lungen der meisten Reptilien haben einen einzigen, in der Mitte verlaufenden Bronchus, von dem zahlreiche Verzweigungen zu einzelnen Taschen in der Lunge führen. Diese Taschen ähneln den Alveolen bei Säugetieren, sind jedoch viel größer und zahlenmäßig geringer. Sie verleihen der Lunge eine schwammartige Beschaffenheit. Bei Brückenechsen, Schlangen und einigen Eidechsen ist die Lunge einfacher strukturiert und ähnelt der von typischen Amphibien. ⓘ
Schlangen und Eidechsen ohne Gliedmaßen besitzen in der Regel nur die rechte Lunge als Hauptatmungsorgan; die linke Lunge ist stark reduziert oder sogar nicht vorhanden. Bei den Amphisbaeniern hingegen ist die Anordnung umgekehrt: Sie haben einen großen linken Lungenflügel und einen reduzierten oder fehlenden rechten Lungenflügel. ⓘ
Sowohl Krokodile als auch Warane haben Lungen, die denen von Vögeln ähneln und einen unidirektionalen Luftstrom ermöglichen und sogar Luftsäcke besitzen. Die inzwischen ausgestorbenen Pterosaurier haben diesen Lungentyp anscheinend noch weiter verfeinert, indem sie die Luftsäcke in die Flügelmembranen und - im Falle der Lonchodectiden, Tupuxuara und Azhdarchoiden - in die Hintergliedmaßen verlängerten. ⓘ
Die Lungen von Reptilien erhalten die Luft in der Regel durch Ausdehnung und Zusammenziehen der Rippen, angetrieben durch axiale Muskeln und bukkale Pumpbewegungen. Krokodile nutzen auch die Leberkolbenmethode, bei der die Leber von einem am Schambein (Teil des Beckens) verankerten Muskel, dem Zwerchfell (Diaphragmaticus), zurückgezogen wird, wodurch in der Brusthöhle des Krokodils ein Unterdruck entsteht, der es ermöglicht, Luft nach dem Boyle'schen Gesetz in die Lunge zu befördern. Schildkröten, die ihre Rippen nicht bewegen können, verwenden stattdessen ihre Vorderbeine und den Brustgürtel, um Luft in die Lunge und aus ihr heraus zu drücken. ⓘ
Amphibien
Die Lungen der meisten Frösche und anderer Amphibien sind einfach und ballonartig, wobei sich der Gasaustausch auf die Außenfläche der Lunge beschränkt. Dies ist nicht sehr effizient, aber Amphibien haben einen geringen Stoffwechselbedarf und können Kohlendioxid durch Diffusion über die Haut im Wasser schnell abtransportieren und ihre Sauerstoffversorgung auf die gleiche Weise ergänzen. Amphibien nutzen ein Überdrucksystem, um Luft in ihre Lungen zu bekommen, indem sie die Luft durch bukkales Pumpen nach unten in die Lungen pressen. Dies unterscheidet sich von den meisten höheren Wirbeltieren, die ein Atmungssystem mit Unterdruck verwenden, bei dem die Lungen durch Ausdehnung des Brustkorbs aufgeblasen werden. Beim bukkalen Pumpen wird der Mundboden abgesenkt und die Mundhöhle mit Luft gefüllt. Die Kehlkopfmuskulatur drückt dann die Kehle gegen die Unterseite des Schädels, wodurch die Luft in die Lungen gepresst wird. ⓘ
Aufgrund der Möglichkeit der Atmung über die Haut und der geringen Größe gehören alle bekannten lungenlosen Tetrapoden zu den Amphibien. Die meisten Salamanderarten sind lungenlose Salamander, die durch die Haut und das Gewebe, das ihren Mund auskleidet, atmen. Dies schränkt zwangsläufig ihre Größe ein: Alle sind klein und sehen eher fadenförmig aus, so dass die Hautoberfläche im Verhältnis zum Körpervolumen maximiert wird. Andere bekannte lungenlose Tetrapoden sind der Borneo-Flachkopffrosch und Atretochoana eiselti, ein Caecilian. ⓘ
Die Lungen von Amphibien haben in der Regel einige schmale Innenwände (Septen) aus weichem Gewebe um die Außenwände herum, die die Atmungsoberfläche vergrößern und der Lunge ein wabenförmiges Aussehen verleihen. Bei einigen Salamandern fehlen diese sogar, und die Lunge hat eine glatte Wand. Bei Caecilianen und Schlangen erreicht nur der rechte Lungenflügel eine gewisse Größe oder Entwicklung. ⓘ
Lungenfische
Die Lungen der Lungenfische ähneln denen der Amphibien und weisen, wenn überhaupt, nur wenige innere Scheidewände auf. Der australische Lungenfisch hat nur eine einzige Lunge, die allerdings in zwei Lappen unterteilt ist. Andere Lungenfische und Polypterus haben dagegen zwei Lungen, die sich im oberen Teil des Körpers befinden, wobei der Verbindungsgang um und über der Speiseröhre verläuft. Die Blutversorgung verläuft ebenfalls um die Speiseröhre herum, was darauf hindeutet, dass sich die Lungen ursprünglich im ventralen Teil des Körpers entwickelt haben, wie bei anderen Wirbeltieren. ⓘ
Wirbeltiere
Einige wirbellose Tiere haben lungenähnliche Strukturen, die einen ähnlichen Zweck wie die Lungen von Wirbeltieren erfüllen, aber evolutionär nicht mit ihnen verwandt sind. Einige Spinnentiere, wie z. B. Spinnen und Skorpione, haben Strukturen, die als Buchlungen bezeichnet werden und dem Gasaustausch in der Atmosphäre dienen. Einige Spinnenarten haben vier Paare von Buchlungen, die meisten jedoch nur zwei Paare. Skorpione haben Spiralöffnungen am Körper, durch die Luft in die Buchlungen eindringen kann. ⓘ
Die Kokosnusskrabbe ist ein Landtier und verwendet zum Atmen Strukturen, die als Astiostegal-Lungen bezeichnet werden. Sie können nicht schwimmen und würden im Wasser ertrinken, besitzen aber einen rudimentären Satz Kiemen. Sie können an Land atmen und unter Wasser die Luft anhalten. Die branchiostegalen Lungen werden als eine adaptive Entwicklungsstufe vom Wasserleben zum Landleben oder vom Fisch zur Amphibie angesehen. ⓘ
Pulmonaten sind vor allem Landschnecken und Nacktschnecken, die aus der Mantelhöhle eine einfache Lunge entwickelt haben. Eine außen liegende Öffnung, das so genannte Pneumostom, ermöglicht die Aufnahme von Luft in die Mantelhöhlenlunge. ⓘ
Evolutionäre Ursprünge
Man geht davon aus, dass sich die Lungen der heutigen Landwirbeltiere und die Gasblasen der heutigen Fische aus einfachen Beuteln als Ausstülpungen der Speiseröhre entwickelt haben, die es den frühen Fischen ermöglichten, unter sauerstoffarmen Bedingungen Luft zu schlucken. Diese Ausstülpungen traten zuerst bei den Knochenfischen auf. Bei den meisten Rochenfischen entwickelten sich die Beutel zu geschlossenen Gasblasen, während einige Karpfen, Forellen, Heringe, Welse und Aale den physostomen Zustand beibehalten haben, bei dem der Beutel zur Speiseröhre hin offen ist. Bei den basaleren Knochenfischen wie dem Hornhecht, dem Bichir, dem Stachelmakrele und den Lappenflossern haben sich die Blasen so entwickelt, dass sie in erster Linie als Lungen fungieren. Aus den Lappenfischen entwickelten sich die landlebenden Tetrapoden. Die Lungen der Wirbeltiere sind also homolog zu den Gasblasen der Fische (aber nicht zu ihren Kiemen). ⓘ
Sprachliches
Etymologie
Das deutsche Wort Lunge stammt über seine althochdeutsche Form lunguna letztlich von der indogermanischen Wurzel *lengu̯h ‚leicht (in Bewegung und Gewicht)‘ ab, sodass von der ursprünglichen Bedeutung als ‚die Leichte‘ ausgegangen werden kann. Sprachwissenschaftler erklären die Benennung mit dem bereits vor langer Zeit festgestellten Phänomen, dass die Lunge eines geschlachteten Tieres als einziges Organ auf dem Wasser oben schwimmt. Der medizinisch-lateinische Fachbegriff pulmo geht auf eine alternative Schreibweise des griechischen Wortes für Lunge zurück: altgriechisch πλεύμων (pleumon), dessen standardsprachliche Schreibweise πνεύμων (pneumon) u. a. dem Wort Pneumonie (= Lungenentzündung) zugrunde liegt. ⓘ
Die Lunge der Säugetiere
Beide Lungen der Säugetiere, auch als Lungenflügel bezeichnet, sind beweglich im Brustraum (Thorax) eingebettet. Mehr oder weniger tiefe Einschnitte teilen die Lunge in Lungenlappen (Lobi). Die Oberfläche der Lungen ist von einer glatten Auskleidung (Tunica serosa) überzogen, die in der Brusthöhle als Brustfell (Pleura) bezeichnet wird und unterteilt wird in Lungenfell (Lungenpleura) und Rippenfell (Thoraxpleura). Zwischen dem Brustfellüberzug der Lunge und der Brustfellauskleidung der Brusthöhle liegt der Pleuraspalt, ein mit wenig Flüssigkeit ausgefüllter Spaltraum, in dem ein Unterdruck herrscht. ⓘ
Blutgefäße
Die Durchblutung der Wand der Lungenbläschen erfolgt über die Kapillaren des Lungenkreislaufes (Vasa publica, ‚öffentliche Gefäße‘). Das übrige Gewebe, also die Umgebung der Bronchien und die Bindegewebssepten, versorgen Bronchialgefäße (Rami bronchiales, Vasa privata, ‚Eigengefäße‘) aus dem Körperkreislauf. Die Rami bronchiales für die linke Lunge (meist zwei) entspringen direkt aus der Brustaorta. Die Bronchialäste der rechten Lunge entspringen aus einem Stamm der dritten oder vierten hinteren Zwischenrippenarterie. Beide Gefäßsysteme bilden in der Peripherie häufig Anastomosen. ⓘ
Die meisten Bronchialvenen münden in die Lungenvenen, die hilumnahen Venae bronchiales dagegen rechts in die Vena azygos, links in die Vena hemiazygos. Blut, das aus den Bronchialarterien in die Pulmonalvenen gelangt, bewirkt zusammen mit Blut aus Koronargefäßen, die ins linke Herz münden (Vv. cardiacae minimae), einen kleinen, physiologischen Rechts-links-Shunt. Zusammen mit funktionellen Kurzschlüssen im Lungenkreislauf (Durchblutung nicht belüfteter Lungenanteile) erklärt dies den gegenüber den Alveolen kleineren Sauerstoffpartialdruck in den Arterien des Körperkreislaufs. ⓘ