Lunge und Atmungssyste (RD)

 Info

Hauptfunktion: 

• Atemluft zu reinigen, anzufeuchten und zu erwärmen
• Weiterleitung in Richtung Rachen
• Riechorgan → für den Geruchssinn
• Sprachbildung der Nasallaute

Lage: 

• Mittig im Gesicht 

Aufteilung:

• Äußere Nase → Nasenvorhof, bildet den Eingang zur inneren Nase
• Innere Nase → von Schädelknochen umschlossen und gebildet, bestehend aus Nasenhöhlen und Nasenscheidewand 
  • Begrenzungen: 
    • Gaumen (Abgrenzung zur Mundhöhle)
    • Schädelknochen (Siebbein, Keilbein, Nasenbein und Stirnbein) → Siebbeinplatte grenzt die Nasenhöhle von der Schädelhöhle ab
    • Linke und rechte Nasenhöhle enden über große Öffnungen im Rachenraum
  • Verbindungen zu den Nasennebenhöhlen → luftgefüllte Hohlräume in mehreren Schädelknochen

Aufbau äußere Nase:

• Nasenwurzel mit Nasenbein → Knochen
• Nasenrücken → Knorpel
• 2 seitliche Nasenflügel → Knorpel
• 2 Nasenlöcher 
• Nasenvorhof mit borstigen Haaren

Aufbau Nasenhöhle:

• Nasenvorhof → geht in Nasenhöhle über
• Seitenwände haben 3 knöcherne Strukturen → Nasenmuscheln (mit Schleimhaut überzogen und bilden die 3 Nasengänge):
  • Oberer Nasengang → zwischen der oberen und mittleren Nasenmuschel
  • Mittlerer Nasengang → zwischen der mittleren und unteren Nasenmuschel
  • Unterer Nasengang → zwischen der unteren Nasenmuschel und dem Nasenhöhlenboden
• Nasengänge haben Öffnungen zu den Nasennebenhöhlen
• Im unteren Nasengang endet der Tränen-Nasen-Gang vom Auge
• Nasenscheidewand → vorn mit Knorpel, hinten knöchern → Trennung in rechte und linke Nasenhöhle
• Nasenhöhlen enden in den Rachenraum (Nasopharynx)

Aufbau Nasennebenhöhlen:

• Mit Schleimhaut ausgekleidete luftgefüllte Hohlräume in den Schädelknochen (Oberkieferknochen, Stirnbein, Keilbein und Siebbein)
• Verbindung mit der Nasenhöhle → sorgt für die Belüftung der Nasennebenhöhlen, Ablauf von gebildetem Sekret
• Kieferhöhle: im Oberkieferknochen → endet im mittleren Nasengang
• Stirnhöhle: im Stirnbein → endet im mittleren Nasengang
• Siebbeinhöhle: im Siebbein → endet im oberen Nasengang
• Keilbeinhöhle: im Keilbein → endet teilweise im oberen Nasengang

 Info

Sinusitis

Wenn die Nase entzündet ist, kann die Schleimhaut darin so stark anschwellen, dass die Löcher in den Nasennebenhöhlen verstopfen. Wird das Sekret nicht mehr abgeführt, sammelt sich die Flüssigkeit in den Nasennebenhöhlen. Eine Nasennebenhöhlenentzündung, auch Sinusitis genannt, entsteht, wenn sich darin Erreger vermehren.

Der Nasenvorhof ist mit einem mehrschichtigen, verhornten Plattenepithel ausgekleidet, das im Aufbau der äußeren Haut der Nasenflügel ähnlich ist. In diesem Bereich sitzen die kräftigen Nasenhaare, die als erste Filterstation größere Fremdpartikel aus der Atemluft zurückzuhalten.

Die Schleimhaut der Nasenhöhle lässt sich in zwei klar abgegrenzte Funktionszonen einteilen:

• Atemregion (Regio respiratoria): mehrreihiges Flimmerepithel, reich an Becherzellen
  • Aktivität der Flimmerhärchen und Schleimproduktion → eingeatmete Luft wird befeuchtet und gereinigt
• Riechregion (Regio olfactoria): in der oberen Nasenmuschel, etwa daumennagelgroß, befindet sich die Riechschleimhaut → spezialisierte Riechzellen für die Geruchswahrnehmung

 Merke

An der Grenze zwischen Nasenvorhof und Nasenhöhle sitzt der Kiesselbach-Plexus, ein dichtes Geflecht aus feinen Kapillaren. Er ist an der Erwärmung der Atemluft beteiligt. Aufgrund ihrer oberflächlichen Lage entstehen hier am häufigsten Blutungen aus der Nase (Epistaxis).

 Info

Im Rachen, dem sogenannten Pharynx, treffen Nahrung und Luft aufeinander. Der gemeinsame Weg endet am Larynx, wo die Nahrung in die Speiseröhre geleitet wird und die Luft in die Trachea gelangt. Außerdem spielt er eine entscheidende Rolle für die Immunabwehr.

Der Pharynx ist etwa 12 bis 15 cm lang und besteht aus Muskulatur. Er reicht von der Nasen- und Mundhöhle bis zum Larynx (Kehlkopf) und zur Öffnung des Ösophagus (Speiseröhre). Begrenzt wird er außerdem durch die Halswirbelsäule und die Schädelbasis. 

Unterteilt wird er in 3 Abschnitte:

• Nasenrachen = Nasopharynx (oder Epipharynx) → der obere Teil, in Verbindung mit der Nasenhöhle über die Choanen, weitere Verbindungen mit der Ohrtrompete (Tuba auditiva) und somit eine Verbindung mit der Paukenhöhle des Ohres
• Mundrachen = Oropharynx (oder Mesopharynx) → der mittlere Teil, vom Gaumensegel bis zur Spitze des Kehldeckels und in direkter Verbindung mit der Mundhöhle
• Kehlhopfrachen = Laryngopharynx (oder Hypopharynx) → der untere Teil, Verbindung zum Kehlkopf und zur Speiseröhre, Abgrenzung zwischen der Aufnahme von Nahrung und Luft

• Rachenmuskulatur: bestehend aus Schlundheber und Schlundschnürrer → mit den Zungenbeinmuskeln wird die Nahrung Richtung Ösophagus transportiert und es wird verhindert, dass diese zurück in Mund oder Nase kommt
  • Schlundheber: längsverlaufende Fasern, heben den Rachen an
  • Schlundschnürrer: ringförmige Fasern, Verengung des Rachens
• Mandeln → Rachen-, Tuben- und Gaumenmandeln, beinhalten lymphatisches Gewebe und sind Teil des Waldeyer-Rachenrings, Ziel der Mandeln ist das Abfangen von Keimen aus Nase und Mund

 Achtung

Würgereflex

Im Bereich des Mundrachens (Oropharynx) kann der Würgreflex ausgelöst werden. Daher sollte bei Maßnahmen im Mundrachen besonders vorsichtig gearbeitet werden. Dabei geht es vor allem um Maßnahmen der Atemwegssicherung, wie beispielsweise das Einführen eines Guedel-Tubus. Daher sollten Patient:innen bewusstlos oder narkotisiert sein. Bei einem Guedel-Tubus kann wahlweise auf den Wendl-Tubus gewechselt werden, da dieser keinen Würgereflex auslöst.

 Info

Hauptfunktion:

• Stimmbildung → Luftstrom bringt die Stimmbänder in Schwingung
• Schutzfunktion → Epiglottis verhindert, dass Nahrung in die Luftröhre (Trachea) gelangt

Lage: 

• Verbindet Pharynx mit Trachea und liegt auf Höhe des 4. bis 6. Halswirbels

Aufbau:

• Trennung der oberen und der unteren Atemwege 
• Mit der Trachea und dem Zungenbein verbunden
• Besteht aus 4 Knorpeln:
  • Schildknorpel → größter Knorpel, bildet bei dem Mann den Adamsapfel
  • Ringknorpel → Verbindung zum Schildknorpel über das Lig. cricothyroideum
  • Stellknorpel → Befestigung der Stimmbänder
  • Kehldeckel (Epiglottis) am Schildknorpel befestigt → verschließt den Kehlkopf beim Schlucken → Trennung von Luft und Nahrung
• Schleimhautfalten → die untere Schleimhautfalte ist die Stimmfalte mit den Stimmbändern → auch als Glottis bezeichnet

• Besonderheit bei Männern: Adamsapfel (Vorwölbung am Hals) durch den Schildknorpel gebildet
• Muskeln:
  • Stellmuskeln → verändern die Weite der Taschen- und Stimmritze
  • Spannmuskeln → für die Spannung der Stimmbänder
  • Zungenbeinmuskel beeinflusst die Lage des Kehlkopfes

 Tipp

Hustenreflex

Wenn ein Fremdkörper in den Kehlkopf, die Trachea oder die unteren Atemwege gelangt, kommt es zu einer Kontraktion der Stimmbandmuskulatur. Dadurch legen sich die Stimmbänder aneinander und der Hustenreiz wird ausgelöst. Dabei kommt es zu einem starken Ausatmungsstoß, der zu einer schlagartigen Öffnung der Stimmbänder führt und den Fremdkörper aus den unteren Atemwegen schleudert. Neben der Fremdkörperaspiration wird über das gleiche Prinzip auch Lungensekret befördert oder das Räuspern durchgeführt. 

 Info

Hauptfunktion:

• Transport, Erwärmung und Befeuchtung der Atemluft
• Teil des luftleitenden Abschnitts

Lage: 

• verbindet den Kehlkopf mit den Bronchien, somit aus dem Halsbereich in die Thoraxhöhle 

Aufbau:

• 10-12 cm lange und 2 cm breite elastische Röhre, verbindet Kehlkopf mit der Lunge und den Bronchien
• 15-20 hufeisenförmige Knorpelspangen (Cartilagines tracheales) befinden sich in der Trachealwand
• An der Bifurkation (Bifurcatio tracheae) teilt sich die Trachea in den linken und rechten Hauptbronchus (Bronchus principalis sinister und dexter) → der Winkel zwischen den Hauptbronchien beträgt etwa 55° bis 70°

 Merke

Bei der Aspiration von Fremdkörpern gelangen diese am häufigsten in Abschnitte des rechten Bronchialbaums, da dieser steiler verläuft als der linke.

 Tipp

Bei tiefer Einatmung kann sich die Trachea um ungefähr 5 cm verlängern.

Aufbau:

• Hauptbronchien (Bronchi principales): Aufgabelung in 3 (rechts) bzw. 2 (links) Lappenbronchien
• Lappenbronchien (Bronchi lobares): jeder Lappenbronchus verzweigt sich in mehrere Segmentbronchien auf (rechts: 10, links: 8-10)
• Segmentbronchien (Bronchi segmentales): teilen sich in immer kleinere Bronchien (Subsegmentbronchien) auf
• Läppchenbronchien (Bronchioli lobulares): versorgen ein Lungenläppchen und teilen sich in 4-5 Bronchioli terminales auf
• Bronchioli terminales: sind der letzte Abschnitt der Luftleitung und teilen sich in die Bronchioli respiratorii auf
• Bronchioli respiratorii: Beginn des gasaustauschenden Abschnitts
• Ductus alveolares: sind Gänge, von denen Alveolarsäckchen (Sacculi alveolares) abgehen. Die Wände bestehen aus Alveolen
• Alveolen: Ort des Gasaustauschs

 Merke

Der Gasaustausch beginnt erst in den Bronchioli respiratorii und findet hauptsächlich in den Alveolen statt.

Die Luftröhre, die Hauptbronchien sowie die weiteren Bronchien sind mit respiratorischem Flimmerepithel ausgekleidet. Erst in den Bronchioli respiratorii fehlen die Flimmerhärchen.

Die Hauptbronchien ähneln in ihrer Struktur der Trachea. Auch die größeren Bronchien besitzen Knorpelanteile, jedoch nicht in Form von Spangen, sondern als unregelmäßig geformte Knorpelplatten. In den Bronchiolen verschwinden diese Knorpelstrukturen schließlich vollständig. Stattdessen enthalten sie eine deutliche Schicht glatter Muskulatur sowie elastische Fasern, die eine aktive Verengung und Erweiterung der Bronchiolen ermöglichen.

Alveolarepithel:

Die Alveolen sind mit einem sehr dünnen Alveolarepithel ausgekleidet. 

Dieses besteht aus zwei Hauptzelltypen:

• Typ-I-Pneumozyten: flache, ausgedehnte Zellen bilden die vollständige Oberfläche der Alveolen (ca. 90 %)  
  → Hauptaufgabe ist der Gasaustausch zwischen Luft und Blut
• Typ-II-Pneumozyten: Surfactant produzierende Zellen
  • Surfactant ist ein Gemisch aus Phospholipiden und Proteinen und überzieht die Innenfläche der Alveolen, es senkt die Oberflächenspannung 
    → Alveolen kollabieren nicht, die kugelige Form der Alveolen hat sonst eine sehr hohe Oberflächenspannung, wodurch sehr kleine Alveolen zusammenfallen würden und nicht am Gasaustausch teilnehmen könnten
  • Typ-II-Zellen sind dicker und sitzen im Bereich, wo mehrere Alveolen zusammentreffen

In den Alveolen befinden sich außerdem Alveolarmakrophagen. Diese freien Abwehrzellen stammen ursprünglich aus dem Blut und wandern aus den Kapillaren in die Alveolen ein. Dort nehmen sie eingeatmete Partikel und Surfactant auf. Über den Hustenreflex werden sie anschließend aus dem Körper entfernt.

Lungeninterstitium und Blut-Luft-Schranke:

Der Raum zwischen den Alveolen ist mit Bindegewebe, dem sogenannten Lungeninterstitium, gefüllt. Es enthält zahlreiche elastische Fasern, die zusammen mit der Oberflächenspannung der Alveolen dazu beitragen, dass sich die Lunge beim Ausatmen passiv zusammenzieht.

Das Bindegewebe bildet die sogenannten Interalveolarsepten, die die einzelnen Alveolen voneinander abgrenzen. In den Septen verlaufen Kapillaren, die jeweils mit mehreren Alveolen in Kontakt stehen. An diesen Stellen verschmelzen die Basalmembranen der Kapillarendothelzellen und der Typ-I-Pneumozyten miteinander. Dadurch entsteht eine extrem dünne Schicht von etwa 0,5 µm, welche das Kapillarblut von der Alveolenluft trennt. Diese Struktur wird als Blut-Luft-Schranke bezeichnet und ermöglicht den effizienten Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid.

 Info

Die Lunge (Pulmo) ist in der Brusthöhle paarig angelegt. Die rechte Lunge (Pulmo dexter) ist mittels zweier Fissuren in drei Lappen unterteilt, während die linke Lunge (Pulmo sinister) durch eine Fissur in zwei Lappen gegliedert wird. Die Lungenlappen lassen sich in funktionelle Lungensegmente (Segmentum bronchopulmonale) aufteilen.

Linke und rechte Lunge 

Beide Lungen werden von der Pleura (Lungenfell) umgeben. Die Pleura besteht aus:

• Pleura visceralis (inneres Blatt, umgibt die Lungen)
• Pleura parietalis (äußeres Blatt, kleidet die Thoraxwand und das Diaphragma aus)

Die rechte Lunge gliedert sich in 3 Lungenlappen:

• Oberlappen (Lobus superior pulmonis dextri)
• Mittellappen (Lobus medius pulmonis dextri)
• Unterlappen (Lobus inferior pulmonis dextri)

Die linke Lunge gliedert sich in 2 Lungenlappen:

• Oberlappen (Lobus superior pulmonis sinistri)
• Unterlappen (Lobus inferior pulmonis sinistri)

Die Lungenlappen werden durch Fissuren (Fissurae interlobares) voneinander getrennt:

Fissura horizontalis:

• Lage: Nur in der rechten Lunge vorhanden
• Verlauf: Verläuft horizontal entlang der 4. Rippe und trennt den oberen vom mittleren Lappen der rechten Lunge

Fissura obliqua:

• Lage: In beiden Lungen vorhanden
• Verlauf: Endet am Unterrand der 6. Rippe
• Funktion: Trennt in der rechten Lunge den mittleren vom unteren Lappen und in der linken Lunge den oberen vom unteren Lappen.

Man unterscheidet bei beiden Lungen:

• Kuppelförmige Spitze (Apex pulmonis)
• Konkaven Boden (Basis pulmonis)
• Seitenränder (Margo anterior und inferior)

Jede Lunge besitzt 3 Flächen:

• Facies diaphragmatica
• Facies costalis
• Facies mediastinalis

Lungensegmente 

Die Lappen der Lunge sind weiter in 18-19 Lungensegmente unterteilt:

• Rechte Lunge: 10 Segmente
• Linke Lunge: 8 bis 9 Segmente (die Segmente I und II, VII und VIII können verschmolzen sein)

Innerhalb dieser Segmente befinden sich kleinere Einheiten, die Lungenläppchen genannt werden. 

Lungenhilum

Das Lungenhilum befindet sich an beiden Lungen an der Medialseite. Hier befinden sich Ein- und Austrittstellen für:

• Bronchien
• Pulmonalgefäße: Aa. pulmonales, Vv. pulmonales
• Rr. bronchiales, Vv. bronchiales
• Lymphgefäße
• Nerven

 Info

Die Gesamtheit aller Strukturen, die das Lungenhilum passieren, wird Lungenwurzel (Radix pulmonalis) genannt.

Nachbarschaftsbeziehungen

Organeinbettung

Brustwand:

Zur Brustwand gehört der Brustkorb (Thorax), der aus 12 Brustwirbeln, 12 Rippenpaaren und dem Brustbein (Sternum) besteht. Oben weist der Thorax eine Öffnung auf, die Aperatura thoracis superior und eine untere Öffnung, die durch das Zwerchfell verschlossen ist. Die Innenseite des Brustkorbs wird von der Fascia endothoracica ausgekleidet und ist mit der Pleura parietalis (Rippenfell) verwachsen. 

Zwischen den Rippen liegt die Interkostalmuskulatur, die eine wichtige Rolle bei der Atemmechanik spielt. 

 Merke

Name und Funktion der Mm. intercostales sind genau entgegengesetzt:

• Mm. intercostales externi → Inspiration
• Mm. intercostales interni → Exspiration

Atemhilfsmuskulatur:

Bei Atemnot oder tiefer Atmung kommt zusätzlich die Atemhilfsmuskulatur zum Einsatz

Folgende Muskeln zählen zu den Atemhilfsmuskeln:

• Inspiratorische Atemhilfsmuskulatur:
  • Mm. pectorales major und minor → großer und kleiner Brustmuskel
  • Mm. scaleni → Treppenmuskel der Brustwand
  • M. sternocleidomastoideus → Kopfwendermuskel
  • M. serratus posterior und anterior → vorderer und hintere Sägezahnmuskel
• Exspiratorische Atemhilfsmuskulatur:
  • Inneren Zwischenrippenmuskeln
  • Bauchmuskulatur
  • M. latissimus dorsi → breiter Rückenmuskel

Damit diese Muskeln entsprechend bei der Atmung unterstützen können, benötigt es die atemerleichternde Haltung → Torwarthaltung oder Kutschersitz.

 Info

Durchführung und weitere Informationen zu den atemerleichternden Haltungen sind im Artikel Lagerung zu finden.

Zwerchfell:

Das Zwerchfell (Diaphragma) ist eine kuppelförmige Muskel-Sehnen-Platte, die als Trennwand zwischen der Thorax- und Bauchhöhle liegt. Außerdem ist er der relevanteste Atemmuskel. 

Aufgebaut ist das Zwerchfell wie folgt:

• Muskelfasern: entspringen aus einer ringförmigen Randsehne und verlaufen bogenförmig zur zentralen Sehnenplatte, die Ursprünge sind unterhalb der 6. Rippen sowie an den Lendenwirbeln 1-3
• Zentrale Sehnenplatte 

Am Ende der Ausatmung ist das Zwerchfell nach oben gewölbt. Wenn man einatmet, zieht es sich zusammen und wird flacher. Dadurch wird der Brustraum größer, während der Bauchraum kleiner wird. Die inneren Organe im Bauch werden nach unten gedrückt, und die Bauchmuskeln entspannen sich, damit genug Platz entsteht. Beim Ausatmen entspannt sich das Zwerchfell wieder und wölbt sich nach oben. Dabei können die Bauchmuskeln helfen, die Luft aus der Lunge zu drücken.

Jede Lunge ist von einer zweiblättrigen serösen Haut, der Pleura, umgeben:

• Lungenfell (Pleura visceral): stellt das innere Blatt der Pleura dar und umhüllt beide Lungenflügel und geht am Lungenhilum in das äußere Blatt, der Pleura parietalis, über. Die so entstandene Umschlagfalte, ist als Lig. pulmonale bekannt
• Rippenfell (Pleura parietalis): stellt das äußere Blatt dar und bedeckt die Thoraxhöhle von innen
  • Pars costalis: überzieht die Innenseite der Rippen
  • Pars diaphragmatica: befindet sich an der Oberseite des Zwerchfells
  • Pars mediastinalis: bedeckt das Mediastinum
  • Pars cervicalis: bildet die Pleurakuppel und befindet sich an der Lungenspitze

Zwischen den beiden Blättern befindet sich der Pleuraspalt, worin sich pro Pleuraspalt etwa 5 bis 10 ml Flüssigkeit befinden. Die Pleuraflüssigkeit dient als Schmiermittel, das die Reibung zwischen den Pleurablättern während der Atembewegungen minimiert. Sie wird von den Mesothelzellen der Pleura produziert und durch Lymphgefäße resorbiert, um ein konstantes Volumen zu halten. 

Blutversorgung

Lunge:

• Arterielle Versorgung: in der Lunge unterscheidet man 2 unterschiedliche Gefäßsysteme:
  • Vasa publica (Pulmonalarterien): transportieren sauerstoffarmes Blut aus dem rechten Herzen zur Lunge, wo der Gasaustausch stattfindet, sie unterstützen die primäre Funktion der Lunge im respiratorischen System
    • Truncus pulmonalis → A. pulmonalis dextra und sinistra → Aa. lobares superior, inferior, media → Aa. segmentalis
  • Vasa privata (Bronchialarterien): versorgen die Lungenstrukturen selbst mit Nährstoffen und Sauerstoff, sie stammen aus dem Körperkreislauf und dienen der Aufrechterhaltung der Lungenstruktur und -funktion
    • Rami bronchiales: entspringen der Aorta thoracica oder der Aa. intercostales posteriores → ziehen mit den Bronchien im peribronchialem Bindegewebe
• Venöser Abfluss: wie auch bei der arteriellen Versorgung unterscheidet man Pulmonalvenen und Bronchialvenen:
  • Pulmonalvenen: führen sauerstoffreiches Blut aus den Alveolen zurück zum Herzen
    • Vv. pulmonales dextrae und sinistrae → linker Vorhof
  • Bronchialvenen: drainieren sauerstoffärmeres Blut aus den Lungenstrukturen selbst, sie verlaufen peribronchial
    • Vv. bronchiales → rechts in die V. azygos und links in die V. hemiazygos
    • Lungenvenen (kleinerer Anteil)

 Merke

• Körperkreislauf: Arterien transportieren O₂-reiches und CO₂-armes Blut, Venen transportieren O₂-armes und CO₂-reiches Blut
• Lungenkreislauf: Arterien transportieren O₂-armes und CO₂-reiches Blut, Venen transportieren O₂-reiches und CO₂-armes Blut

Innervation

Lunge:

Die Innervation erfolgt parasympathisch, sympathisch und sensibel über den Plexus pulmonalis. 

Der Plexus pulmonalis wird gebildet von:

• Äste des N. vagus
• Truncus sympathicus

Die sensible Innervation vermittelt Dehnungs- und Schmerzreize über afferente Fasern. Über den N. vagus erreichen sie das Atemzentrum im Hirnstamm.

 Merke

Parasympathische Aktivität = Bronchokonstriktion

Sympathische Aktivität = Bronchodilatation (β₂-Rezeptor)

Die meisten Zellen des menschlichen Körpers benötigen kontinuierlich Sauerstoff (O₂). Dieser gelangt durch das Atmungssystem in den Körper.  

Die Lungen sind für den Gasaustausch zuständig: sie nehmen Sauerstoff aus der Atemluft auf und geben Kohlenstoffdioxid (CO₂) ab. Dieser Prozess wird als äußere Atmung bezeichnet und umfasst die Belüftung der Lungen, die Durchblutung der Lungenkapillaren sowie den Transport von CO₂ und O₂ durch Diffusion.  

Die innere Atmung findet in den Mitochondrien der Zellen statt. Dabei wird unter Verwendung von Sauerstoff und energiereichen Nährstoffen Energie (ATP) produziert, wobei Kohlenstoffdioxid als Abfallprodukt freigesetzt wird.

Die Physiologie der Atemmechanik befasst sich mit den grundlegenden Prozessen, die bei der Atmung, insbesondere bei der Inspiration (Einatmung) und Exspiration (Ausatmung), ablaufen. 

Inspiration:

Die Atmung beginnt mit der Inspiration, bei der Luft in die Lunge strömt. Der Hauptakteur bei der Inspiration ist das Zwerchfell. Zusätzlich zur Zwerchfellkontraktion tragen auch andere Muskeln wie die äußeren Interkostalmuskeln zur Erweiterung des knöchernen Thorax bei, indem sie die Rippen nach oben ziehen. Wenn das Zwerchfell kontrahiert, zieht es sich nach unten und vergrößert dadurch das Volumen der Thoraxhöhle. Gleichzeitig dehnen sich die Lungen aus, da sie mit der Thoraxwand verbunden sind. Wenn sich der Brustraum erweitert, entsteht ein Unterdruck im Pleuraspalt, wodurch die Lungenflügel der Ausweitung des Raumes folgen und Luft in die Lunge eingesogen wird. 

Exspiration:

Die Exspiration erfolgt normalerweise passiv, was bedeutet, dass keine Muskelarbeit erforderlich ist. Bei der passiven Exspiration entspannen sich das Zwerchfell und die Zwischenrippenmuskeln, wodurch die Thoraxhöhle verkleinert wird. Die Lunge zieht sich zusammen, und die elastischen Fasern in den Lungenbläschen ziehen sich zusammen, wodurch die Luft aus den Lungen herausgedrückt wird.

 Merke

Die Hauptfunktion der Lunge besteht im Gasaustausch.

• Es erfolgt eine Aufnahme von Sauerstoff (310 ml/Minute in Ruhe)
• Es erfolgt eine Abgabe von Kohlenstoffdioxid (260 ml/Minute in Ruhe)
• Die Voraussetzung für den Gasaustausch ist ein Konzentrationsgefälle
  • Die Sauerstoffkonzentration ist in der Luft höher als im Blut
  • Der Sauerstoff diffundiert durch die dünne Wand zwischen Lungenbläschen (=Alveolen) und den Blutgefäßen
  • Die Diffusion ist abhängig von Partialdruckunterschied, der Diffusionsleitfähigkeit, der verfügbaren Fläche und der Diffusionsstrecke und ist darstellbar durch das Fick´sche Diffusionsgesetz

Diffusion

Durch die Diffusion gelangen Sauerstoff und Kohlendioxid zwischen den Lungenbläschen (Alveolen) und den umliegenden Kapillaren hin und her. Dieser ständige Austausch ermöglicht es unserem Körper, den Sauerstoff zu absorbieren, den er zur Energiegewinnung benötigt, und das produzierte Kohlendioxid abzugeben, das ein Abfallprodukt des Stoffwechsels ist.

Ventilation

 Definition

Als Ventilation bezeichnet man die Verteilung von Atemluft in den Atemwegen. Ziel ist die ausreichende Belüftung der Alveolen zur Sicherstellung des Gasaustauschs (O₂-Aufnahme, CO₂-Abgabe)

• Ventilation erfolgt durch Druckunterschiede zwischen Außenluft und Alveolen:
  • Negativer intraalveolärer Druck → Luft strömt ein (Inspiration)
  • Positiver intraalveolärer Druck → Luft strömt aus (Exspiration)
• Effektive Ventilation = ausreichendes Atemzugvolumen × Atemfrequenz → entscheidend ist die alveoläre Ventilation (nicht nur Atemfrequenz!)
• Störungen der Ventilation führen zu:
  • Hypoventilation → CO₂-Anstieg (Hyperkapnie)
  • Hyperventilation → CO₂-Abfall (Hypokapnie)
• Einflussfaktoren:
  • Atemwegswiderstand (Resistance)
  • Dehnbarkeit von Lunge/Thorax (Compliance)
  • Atemarbeit und Atemmuskulatur

Perfusion

Neben der Ventilation ist die Lungenperfusion (= Durchblutung der Lunge) für den Gasaustausch von entscheidender Bedeutung.

• Die Durchblutung der Lunge muss für einen optimalen Gasaustausch an die Ventilation angepasst sein
• Im Ruhezustand sind nur ca. 50 % der Lungenkapillaren durchblutet
• Bei körperlicher Belastung öffnen sich Reservekapillaren (= kapilläres Recruitment), um den Gesamtwiderstand der Lungenperfusion zu verringern
• Das Dehnungsverhalten der Lungengefäße bei steigendem Pulmonalarteriendruck unterstützt die effektive Erhöhung der Lungendurchblutung bei körperlicher Aktivität
• Im Gegensatz zu anderen Gefäßen dehnen sich die Lungengefäße passiv aus
• Der Strömungswiderstand im Lungenkreislauf nimmt bei steigendem Herzzeitvolumen ab

Ventilations-Perfusions-Verhältnis:

• Das Ventilations-Perfusions-Verhältnis (= V/Q-Verhältnis) bezieht sich auf das Verhältnis zwischen der Luftmenge, die in den alveolären Raum gelangt (Ventilation) und der Menge an Blut, die durch die Lungenkapillaren fließt (Perfusion)
• Ein ausgeglichenes V/Q-Verhältnis bedeutet, dass die Ventilation und die Perfusion in einem bestimmten Lungensegment proportional zueinander sind
• Ein ungleiches V/Q-Verhältnis kann aufgrund verschiedener pathologischer Zustände wie einer Lungenarterienembolie, einer COPD oder einer Lungenentzündung bestehen

 Merke

Hypoxische Vasokonstriktion / Euler-Liljestrand-Mechanismus

• Die Lunge hat einen speziellen Gefäßmechanismus, um ein gestörtes Ventilations-Perfusions-Verhältnis auszugleichen oder zu vermeiden
• Bei einem O₂-Mangel verengen sich die Lungengefäße (Vasokonstriktion → Euler-Liljestrand-Mechanismus), im Gegensatz zur Gefäßerweiterung in den anderen Organen, bei denen es zu einer Dilatation kommt 
• Der alveoläre O₂-Partialdruck sinkt und die zuführenden Pulmonalarterienäste verengen sich
• Dadurch steigt der Strömungswiderstand und die Perfusion von Lungenarealen ohne einen effektiven Gasaustausch wird gedrosselt
• Die hypoxische Vasokonstriktion wird genutzt, um das Blut in besser belüftete Lungenbereiche umzuleiten

• Dieser Mechanismus ist auch bei einem Aufenthalt in großer Höhe zu beobachten, bei dem die alveoläre Hypoxie zu einer Vasokonstriktion der Lungengefäße führt 

  

Sauerstoffbindungskurve

• Die O₂-Sättigung im Blut hängt vom O₂-Partialdruck ab, der die Bindungsaffinität des Hämoglobins (Hb) zu O₂ beeinflusst
• Die Hb-Bindungsaffinität wird von äußeren Faktoren moduliert, die zu einer Links- oder Rechtsverschiebung der Sauerstoffbindungskurve führen können
• Eine Rechtsverschiebung der Sauerstoffbindungskurve bedeutet, dass die Sauerstoffbindung an Hämoglobin schwächer ist und eine begünstigte O₂-Abgabe an das Gewebe stattfindet. Ursachen für eine Rechtsverschiebung sind ein Anstieg des pCO₂, der Temperatur, ein Abfall des pH-Wertes und ein Anstieg von 2,3-Bisphosphoglycerat
• Eine Linksverschiebung bedeutet, dass die Sauerstoffbindung an das Hämoglobin stärker ist und somit eine geringere O₂-Abgabe an das Gewebe stattfindet. Ursachen für eine Linksverschiebung sind ein Abfall des pCO₂, der Temperatur, ein Anstieg des pH-Wertes und ein Abfall von 2,3-Bisphosphoglycerat

Man unterscheidet zwischen statischen und dynamischen Atemgrößen. Die statischen Atemgrößen hängen vorwiegend vom Alter, der Körpergröße, dem Körperbau, dem Geschlecht und dem Trainingszustand ab. Dynamische Atemgrößen wie das Atemminutenvolumen, die Einsekundenkapazität und der Atemgrenzwert berücksichtigen das Atemvolumen im Verhältnis zur Zeit.

Im Durchschnitt haben Frauen 25 % geringere Lungenvolumina und -kapazitäten als Männer.

Übersicht: 

 Info

Die folgenden Richtwerte beziehen sich auf gesunde, junge Männer mit einer Körpergröße von 1,80 Meter.

Compliance

 Definition

Die Lungencompliance beschreibt die Dehnbarkeit von Lunge und Thorax. Sie zeigt, wie viel Volumenänderung bei einer bestimmten Druckänderung erreicht wird.

Compliance von Lunge und Thorax

• Die Lunge und der Thorax haben unterschiedliche elastische Eigenschaften
• Die Compliance wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst
• Die statische Compliance der Lunge beruht auf ihrer Eigenelastizität
• Die Eigenelastizität setzt sich aus zwei Komponenten zusammen: den elastischen Fasern der Lunge und der Oberflächenspannung der Alveolen
• Ein Verlust der Elastizität der Lunge erleichtert die Dehnung und erhöht die Compliance
• Die Alveolen weisen eine Oberflächenspannung auf. Diese würde ohne entgegengesetzte Mechanismen zu einem Kollabieren der Alveolen führen. Die Oberflächenspannung erschwert, die Dehnung der Lunge
• Der Surfactant-Faktor, der von Alveolarepithelzellen Typ II produziert wird, reduziert die Oberflächenspannung und erleichtert die Atemarbeit
• Je geringer die elastischen Rückstellkräfte der Lunge sind, desto größer ist die Compliance
• Die Compliance des Thorax wird maßgeblich durch passive Eigenschaften von Bändern und Muskeln bestimmt
• Dehnbarkeit bedeutet, dass etwas gedehnt werden kann, während Elastizität beschreibt, dass es nach der Verformung wieder in seine ursprüngliche Form zurückkehrt

 Info

Mangel an Surfactant-Faktor

• Ein Mangel an Surfactant-Faktor führt zu einer Abnahme der Compliance der Lunge
• Die Neigung der Alveolen zum Zusammenziehen wird stärker, der intrapleurale Druck wird negativer
• Schlecht belüftete Bereiche der Lunge können kollabieren und nehmen nicht am Gasaustausch teil
• Die Durchblutung dieser Bereiche führt zu einem funktionellen Rechts-Links-Shunt mit einem Blut, das unzureichend oxygeniert wurde und unzureichend Kohlenstoffdioxid abgegeben hat
• Reflektorische Vasokonstriktion der Lungengefäße im Bereich niedriger alveolärer O₂-Partialdrücke verhindert intrapulmonale Shunts (Euler-Liljestrand-Mechanismus)

Resistance

 Definition

Die Resistance beschreibt den Widerstand, den die Atemluft in den Atemwegen überwinden muss.

•  Sie entsteht durch Strömungswiderstand und Reibung in den Atemwege
• Ist das Maß für den aktiven Atemwiderstand
• Je höher der Druck sein muss, um ein bestimmtes Volumen zu bewegen → desto höher die Resistance
• Eine hohe Resistance erhöht die notwendige Druckdifferenz und damit die Atemarbeit
• Verengte Atemwege → Resistance steigt
• Hohe Flussgeschwindigkeit → Resistance steigt
• Erhöhtes Lungenvolumen → Resistance sinkt (Atemwege werden aufgezogen)
• Regulation über das vegetative Nervensystem:
  • Sympathikus → Bronchodilatation → Resistance sinkt
  • Parasympathikus → Bronchokonstriktion → Resistance steigt

 Achtung

Bei obstruktiven Atemwegserkrankungen, wie Asthma oder COPD, besteht eine Verengung der Atemwege, was zu einer erhöhten Resistance führt.

 Merke

Obstruktive Ventilationsstörung

Bei einer obstruktiven Ventilationsstörung sind die Atemwege eingeengt, was den Luftstrom reduziert und das Ausatmen erschwert. Es kann durch verschiedene Erkrankungen, wie durch ein Asthma oder COPD verursacht werden.

Restriktive Ventilationsstörung

Bei einer restriktiven Ventilationsstörung ist die Lungenfunktion eingeschränkt, da die Lungen nicht mehr so weit ausgedehnt werden können wie normalerweise. Dies kann durch Erkrankungen wie der Lungenfibrose oder Muskelerkrankungen verursacht werden. Im Gegensatz zur obstruktiven Ventilationsstörung ist die Einatmung bei einer restriktiven Störung erschwert, während die Ausatmung meist normal bleibt.

Die Atmung kann zwar bewusst beeinflusst werden, muss aber gleichzeitig auch automatisch funktionieren, beispielsweise im Schlaf oder in Situationen, in denen keine willentliche Kontrolle möglich ist. Den Grundrhythmus aus Ein- und Ausatmung erzeugt das Atemzentrum im verlängerten Mark des Hirnstamms. Von dort aus werden über verschiedene Nerven die Atemmuskeln gesteuert. Das Atemzentrum passt die Atmung ständig so an, dass der Sauerstoff- und Kohlendioxid-Partialdruck sowie der pH-Wert des Blutes möglichst konstant bleiben.

Um die aktuelle Situation des Körpers zu beurteilen, erhält das Atemzentrum Signale von Chemorezeptoren, die an zwei Hauptorten liegen:

• Karotisgabel und Aortenbogen: erfassen im arteriellen Blut den Sauerstoff- und Kohlenstoffdioxid-Partialdruck sowie den pH-Wert
• Verlängertes Mark: hier reagieren Rezeptoren auf den Kohlenstoffdioxid-Partialdruck und den pH-Wert des Liquors, der die Blutwerte optimal wiederspiegelt

Die übermittelten Informationen gelangen über Nerven zum Atemzentrum. Dieses passt abhängig von den gemessenen Werten die Atemfrequenz und die Atemtiefe an, um eine stabile Situation bezüglich der Atemgase und des Säure-Basen-Haushalts aufrechtzuerhalten.

Zusätzlich zur Chemorezeption spielen Dehnungsrezeptoren im Lungengewebe eine entscheidende Rolle. Sie registrieren, wie stark die Lunge während der Einatmung gedehnt wird. Wird eine bestimmte Dehnungsgrenze überschritten, bremsen sie die Einatmung ab. 

 Tipp

Dieser Schutzmechanismus wird Hering-Breuer-Reflex genannt und verhindert eine Überdehnung der Lunge. Die Signale der Dehnungsrezeptoren werden über den N. vagus an das Atemzentrum weitergeleitet.

 Info

Zur Zusammenfassung hier die Hard Facts, die bei der Examensvorbereitung oder im Einsatz helfen können.

Allgemeines

Das Atmungssystem besteht aus:

• Oberen Atemwegen: Nasenhöhle und Rachen
• Unteren Atemwegen: Kehlkopf, Luftröhre, Bronchien und Lunge

Es ist unterteilt in:

• Luftleitende Abschnitte: Nasenhöhle, Rachen, Luftröhre, Bronchien und Bronchioli terminales
• Gasaustauschende (Respiratorische) Abschnitte: Bronchioli respiratorii und Lungenbläschen

Während die luftleitenden Abschnitte dem Transport der Atemgase dienen und die Atemluft durch Anfeuchtung und Erwärmung vorbereiten, sind die gasaustauschenden Abschnitte für den Austausch von etwa Sauerstoff gegen Kohlenstoffdioxid verantwortlich

Anatomie 

Nasenhöhle:

• Funktionen: Reinigung, Anfeuchten, Erwärmung der Atemluft, Geruchssinn, Resonanzraum für Sprache
• Lage: mittig im Gesicht
• Äußere Nase: Nasenwurzel, Nasenrücken, Nasenflügel, Nasenlöcher, Nasenvorhof mit Haaren
• Innere Nase: von Schädelknochen gebildet, zwei Nasenhöhlen, durch Nasenseptum getrennt
• Nasennebenhöhlen: luftgefüllte Hohlräume (Kieferhöhle, Stirnhöhle, Siebbein- und Keilbeinhöhle) mit Öffnungen zu den Nasengängen

Rachen (Pharynx):

• Gemeinsamer Weg für Luft und Nahrung
• Länge: 12-15 cm
• Abschnitte:
  • Nasopharynx (Verbindung zu Choanen und Ohrtrompete)
  • Oropharynx (Gaumensegel bis Epiglottisspitze)
  • Laryngopharynx (Verbindung zu Kehlkopf/ Ösophagus)
• Muskulatur: 
  • Schlundheber → heben Rachen
  • Schlundschnürer → verengen Rachen
• Mandeln (Waldeyer Rachenring) zur Immunabwehr

Kehlkopf (Larynx):

• Funktionen: Stimmbildung, Schutz vor Aspiration
• Lage: Höhe HWK 4-6
• Knorpel: Schildknorpel, Ringknorpel, Stellknorpel, Epiglottis
• Schleimhautfalten:
  • Obere → Taschenfalte
  • Untere → Stimmfalte (Stimmband und M. vocalis)
• Muskeln: Stellmuskeln (Weite der Stimmritze), Spannmuskeln, Zungenbeinmuskulatur beeinflusst die Lage

Luftröhre (Trachea):

• Hauptfunktion: Transport, Erwärmung und Befeuchtung der Atemluft
• Länge: 10 bis 12 cm, Durchmesser ca. 2 cm
• 15-20 hufeisenförmige Knorpelspangen
• Bifurkation → rechter und linker Hauptbronchus (Winkel 55 bis 70°)

Bronchialbaum:

• Hauptbronchien → Lappenbronchien (rechts 3 und links 2)
• Lappenbronchien → Segmentbronchien (rechts 10 und links 8 bis 9)
• Weiter in Subsegmente → Läppchenbronchien → Bronchioli terminales
• Bronchioli respiratorii → Beginn des Gasaustausches
• Ductus alveolares → Alveolarsäckchen → Alveolen

 Merke

Der Gasaustausch beginnt erst in den Bronchioli respiratorii und findet hauptsächlich in den Alveolen statt.

Lunge:

• Hauptfunktion: Gasaustausch
• Paariges Organ in der Thoraxhöhle
• Rechte Lunge: 3 Lappen
• Linke Lunge: 2 Lappen
• Hilum pulmonalis: Ein- und Austritt für Bronchien, Gefäße, Lymphbahnen und Nerven
• Lungenwurzel = Gesamtheit aller durch das Hilum laufenden Strukturen
• Zwerchfell = wichtigster Atemmuskel:
  • Kuppelförmige Muskel-Sehnen-Platte
  • Kontraktion = Absenkung → Einatmung
  • Entspannung = Anhebung → Ausatmung
• Atemhilfsmuskulatur:
  • Bei Atemnot oder tiefer Atmung kommt zusätzlich die Atemhilfsmuskulatur zum Einsatz
  • Inspiratorische Atemhilfsmuskulatur
  • Exspiratorische Atemhilfsmuskulatur

Lungen- und Rippenfell (Pleura):

• Jede Lunge ist von einer zweiblättrigen serösen Haut, der Pleura, umgeben:
• Lungenfell (Pleura visceral): stellt das innere Blatt der Pleura dar und umhüllt beide Lungenflügel 
• Rippenfell (Pleura parietalis): stellt das äußere Blatt dar und bedeckt die Thoraxhöhle von innen
• Zwischen den beiden Blättern befindet sich der Pleuraspalt, worin sich pro Pleuraspalt etwa 5 bis 10 ml Flüssigkeit befinden
• Die Pleuraflüssigkeit dient als Schmiermittel, das die Reibung zwischen den Pleurablättern während der Atembewegungen minimiert

Physiologie

Atemmechanik:

• Inspiration:
  • Aktiv (Zwerchfell + äußere Interkostalmuskeln)
  • Thoraxvolumen ↑
  • intrapleuraler Druck ↓
  • Lunge dehnt sich aus
  • Luft strömt ein
• Exspiration:
• Meist passiv (Relaxation der Atemmuskulatur)
• Thoraxvolumen ↓
• elastische Rückstellkräfte der Lunge
• Luft wird ausgeatmet

Grundlagen des Gasaustauchs:

• Ventilation:
  • Luftbewegung in und aus der Lunge → sorgt für Belüftung der Alveolen
• Perfusion:
  • Durchblutung der Lungenkapillaren → bringt Blut an die Alveolen
• Diffusion:
  • Gasaustausch über die Alveolarwand → O₂ ins Blut, CO₂ aus dem Blut

Atemgrößen:

Atmungswiderstände:

 Definition

Compliance

Die Lungencompliance beschreibt die Dehnbarkeit von Lunge und Thorax. Sie zeigt, wie viel Volumenänderung bei einer bestimmten Druckänderung erreicht wird.

 Definition

Resistance

Die Resistance beschreibt den Widerstand, den die Atemluft in den Atemwegen überwinden muss.

Atemregulation:

• Atemzentrum im verlängerten Mark
  • Steuerung über Nerven → Atemmuskulatur
  • Erhält Informationen von:
    • Chemorezeptoren (Karotisgabel, Aortenbogen)
    • Dehnungsrezeptoren (Hering-Breuer-Reflex)