Lunge und Atemwege (RD)

Äußere Nase und Nasenhöhle

Lage und Aufbau:

 Merke

Steckbrief: 

• Funktion: Befeuchtung, Erwärmung, Reinigung und Kontrolle der Atemluft
• Lage: Mittig im Gesicht (äußere Nase) bis zur Nasenhöhle vor dem Pharynx
• Form:
  • Äußere Nase: Nasenseptum und zwei Nasenflügel
  • Nasenhöhle: Nasenseptum sowie je Seite drei Nasenmuscheln und drei Nasengänge

• Die äußere Nase mit den Nasenlöchern bildet den Eingang zu den paarigen Nasenhöhlen
• Vor der eigentlichen Nasenhöhle (Cavitas nasi) liegt der Nasenvorhof (Vestibulum nasi)
  • Die Schleimhaut der Nasenhöhle besteht aus zwei Funktionszonen:
  • Atemregion (Regio respiratoria): Flimmerepithel mit Becherzellen → Befeuchtung und Reinigung der Atemluft
  • Riechregion (Regio olfactoria): In der oberen Nasenmuschel → Geruchswahrnehmung durch spezialisierte Riechzellen
• Die beiden Nasenhöhlen werden durch die Nasenscheidewand (Septum nasi) voneinander getrennt
• An der seitlichen Wand jeder Nasenhöhle befinden sich drei Nasenmuscheln, unter denen jeweils ein Nasengang verläuft
• Die hinteren Öffnungen der Nasenhöhlen, die Choanen, stellen die Verbindung zum Nasopharynx her
• Zusätzlich steht die Nasenhöhle mit den Nasennebenhöhlen (Sinus paranasales) in Verbindung
• Das Nasenskelett besteht von oben nach unten aus Knochen, Bindegewebe und Knorpel

 Tipp

Klinischer Bezug: Epistaxis

An der Grenze zwischen Nasenvorhof und Nasenhöhle befindet sich der Kiesselbach-Plexus, ein dichtes Geflecht feiner Kapillaren. Aufgrund seiner oberflächlichen Lage ist er besonders anfällig für Verletzungen → daher entsteht hier häufig Nasenbluten (Epistaxis).

Funktionen:

• Filterfunktion: Zurückhalten grober Partikel durch Nasenhaare
• Schleimhaut- & Abwehrfunktion:
  • Befeuchtung der Einatemluft
  • Erwärmung der Einatemluft
  • Bindung von Schadstoffen und Bakterien
• Riechfunktion:
  • Geruchswahrnehmung
  • Chemische Kontrolle der Atemluft

Nasennebenhöhlen

Lage und Aufbau:

 Merke

Steckbrief:

• Funktion: Belüftung und Drainage der Nasenhöhle, Resonanzraum für die Stimme, Gewichtsreduktion des Schädels
• Lage: In verschiedenen Schädelknochen rund um die Nasenhöhle
• Form: Schleimhautausgekleidete, luftgefüllte Hohlräume
• Verbindung: Über Öffnungen (Ostien) mit der Nasenhöhle verbunden
• Anzahl: Vier paarige Nebenhöhlen (Stirn-, Kiefer-, Keilbein- und Siebbeinhöhlen)

• Die Bezeichnung der Nasennebenhöhlen richtet sich nach den Knochen, in denen sie liegen:
  • 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

Alle Nasennebenhöhlen sind direkt mit der Nasenhöhle verbunden. Dadurch können sich Infektionen schnell zwischen den einzelnen Räumen ausbreiten. 

 Tipp

Klinischer Bezug: Sinusitis

Bei einer Entzündung der Nase kann die Schleimhaut stark anschwellen, sodass die Verbindungen zu den Nasennebenhöhlen verlegt werden → dadurch kann Sekret nicht mehr abfließen und sammelt sich in den Nebenhöhlen an.

Kommt es in diesem Sekret zur Vermehrung von Krankheitserregern, entsteht eine Nasennebenhöhlenentzündung (Sinusitis).

Funktionen:

• Sprachbildung: Bildung von Nasallauten (z.B. „m“, „n“)
• Resonanzraum beim Sprechen und Singen
• Verringerung des Schädelgewichts

Lage und Aufbau

 Merke

Steckbrief:

• Funktion: Weiterleitung von Luft und Nahrung sowie Beteiligung am Schluckakt
• Verlauf: Von der Schädelbasis bis zum Ringknorpel des Larynx
• Form: Schlauchförmig
• Länge: Etwa 12–15 cm

• Der Rachen wird in drei Abschnitte unterteilt:
  • Nasopharynx (Epipharynx): oberer Teil, Verbindung zur Nasenhöhle (Choanen) und zur Ohrtrompete
  • Oropharynx (Mesopharynx): mittlerer Teil, Verbindung zur Mundhöhle
  • Laryngopharynx (Hypopharynx): unterer Teil, Übergang zu Kehlkopf und Speiseröhre
• Der Eingang des Rachens ist von lymphatischem Gewebe umgeben, dem sogenannten Waldeyer-Rachenring. Er dient der Abwehr von Krankheitserregern und besteht aus:
  • Rachenmandel 
  • Tubenmandel in der seitlichen Rachenwand
  • Gaumenmandeln 
  • Zungenmandeln am Zungengrund
  • Seitenstränge in der Schleimhaut des Rachens

 Tipp

Klinischer Bezug: Würgereflex:

Im Bereich des Oropharynx kann der Würgereflex ausgelöst werden. Daher ist bei Maßnahmen im Mundrachen besondere Vorsicht erforderlich, insbesondere beim Atemwegsmanagement.

• Das Einführen eines Guedel-Tubus sollte nur bei bewusstlosen oder ausreichend sedierten Patient:innen erfolgen, da es sonst zum Würgereiz und möglicherweise zu Erbrechen kommen kann
• Als Alternative kann ein Wendl-Tubus verwendet werden, da dieser den Würgereflex in der Regel nicht auslöst

Funktionen

• Leitungsfunktion: Weiterleitung von Luft zur Trachea und Nahrung zum Ösophagus
• Schluckfunktion: Wichtige Beteiligung am Schluckakt
• Immunabwehr: Beteiligung durch lymphatisches Gewebe (Waldeyer-Rachenring)

Lage und Aufbau

 Merke

Steckbrief:

• Funktion:
  • Luftleitung
  • Stimmbildung (Phonation)
  • Schutz der Atemwege (Verschluss beim Schlucken)
• Lage: Zwischen Hypopharynx (Schlundrachen) und Trachea (Luftröhre)
• Knorpel:
  • Schild- und Ringknorpel → bilden den Übergang von der Luftröhre zum Kehlkopf
  • Stell- und Spitzenknorpel → bewegliche Aufhängung der Stimmbänder
  • Kehldeckelknorpel (Epiglottis): Verschluss des Larynx beim Schlucken

• Der Kehlkopf trennt die oberen von den unteren Atemwegen
• Ist mit der Trachea sowie dem Zungenbein verbunden
• Die Schleimhaut bildet Falten, wobei die untere Schleimhautfalte die Stimmfalte mit den Stimmbändern darstellt → dieser Bereich wird als Glottis bezeichnet.
• Eine Besonderheit beim Mann ist der Adamsapfel, eine sichtbare Vorwölbung am Hals, die durch den Schildknorpel gebildet wird
• Die Muskulatur des Kehlkopfes erfüllt verschiedene Aufgaben:
  • Stellmuskeln → verändern die Weite der Taschen- und Stimmritze
  • Spannmuskeln → für die Spannung der Stimmbänder
  • Zungenbeinmuskel beeinflusst die Lage des Kehlkopfes

 Tipp

Klinischer Bezug: Laryngospasmus

Im Bereich des Kehlkopfes kann es durch Reizung zu einem Laryngospasmus kommen, also einem reflexartigen Verschluss der Stimmritze. Dies führt zu einer akuten Atemwegsverlegung und ist potenziell lebensbedrohlich.

• Auslöser sind z.B. Sekret, Blut, Fremdkörper oder unzureichende Narkosetiefe
• Klinisch zeigt sich ein plötzlich einsetzender inspiratorischer Stridor

Funktionen

• Luftleitung: Der Kehlkopf hält die Atemwege offen und ermöglicht den Transport der Luft von den oberen in die unteren Atemwege
• Stimmbildung (Phonation): Durch Schwingungen der Stimmbänder beim Ausatmen entsteht die Stimme. Tonhöhe und Lautstärke werden durch Spannung und Stellung beeinflusst
• Schutz der Atemwege: Beim Schlucken verschließt die Epiglottis den Kehlkopfeingang, sodass keine Nahrung oder Flüssigkeit in die Atemwege gelangt (Aspirationsschutz)

Lage und Aufbau

 Merke

Steckbrief:

• Funktion:
  • Weiterleitung der Atemluft von der Epiglottis zu den Hauptbronchien und zurück
  • Anfeuchten und Erwärmen der Atemluft
  • Immunabwehr durch Schleimhaut und Abwehrzellen
  • Mukoziliäre Clearance → Transport von Schmutz und Schleim aus den Atemwegen
• Lage: Im Hals und Mediastinum, ventral des Ösophagus
  • Beginn: Unterhalb des Ringknorpels (Kehlkopf)
  • Ende: Auf Höhe des 4. Brustwirbelkörpers  an der Bifurkation
• Form: röhrenförmig
• Größe: ca. 10-12 cm lang
• Durchmesser: ca. 1,5–2 cm

• Die Trachea besteht aus ca. 20 hufeisenförmigen Knorpelspangen, die durch Bänder miteinander verbunden sind
• Die Rückseite besteht aus Bindegewebe und dem M. trachealis
• Die Bifurkation beschreibt die Aufzweigung der Trachea in den rechten und linken Hauptbronchus:
  • Rechter Hauptbronchus verläuft steiler (ca. 20°), ist kürzer und weiter 
  • Linker Hauptbronchus verläuft flacher (ca. 35°), ist länger und enger 
• In das Lumen ragt die Carina tracheae (Knorpelsporn), die den Luftstrom lenkt und sehr sensibel ist (→ Hustenreiz)

 Info

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

 Tipp

Klinischer Bezug: Fremdkörperaspiration

Durch die anatomischen Gegebenheiten der Trachea-Bifurkation gelangen Fremdkörper häufig in den rechten Hauptbronchus, da dieser steiler, kürzer und weiter verläuft.

Funktionen

• Luftleitung: Die Trachea ermöglicht den Transport der Atemluft von der Epiglottis zu den Hauptbronchien und zurück
• Anfeuchten und Erwärmen: Die Schleimhaut der Trachea sorgt dafür, dass die Atemluft befeuchtet und erwärmt wird
• Immunabwehr: Die Trachea besitzt Abwehrzellen und Schleim, die Krankheitserreger abfangen und bekämpfen
• Mukoziliäre Clearance: Durch Flimmerhärchen wird Schleim mit Schmutz und Partikeln kontinuierlich aus den Atemwegen Richtung Rachen transportiert

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

 Achtung

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

Bronchien und Bronchioli

• 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

Alveolen

Die Alveolen sind mit einem sehr dünnen Alveolarepithel ausgekleidet. Dieses besteht aus zwei Hauptzelltypen:

• Pneumozyten Typ 1:
  • ca. 95 % der Oberfläche
  • Verantwortlich für den Gasaustausch
  • Teil der Blut-Luft-Schranke
• Pneumozyten Typ 2:
  • ca. 5 % der Oberfläche
  • Bilden Surfactant (senkt Oberflächenspannung)

 Info

Alveolarmakrophagen:

Die Alveolarmakrophagen sind freie Abwehrzellen in den Alveolen, die ursprünglich aus dem Blut stammen und aus den Kapillaren in die Alveolen einwandern. Dort bewegen sie sich frei auf der Alveolenoberfläche und nehmen durch Phagozytose eingeatmete Keime, Partikel sowie überschüssiges Surfactant auf. Anschließend werden sie über den Hustenreflex aus den Atemwegen entfernt.

 Merke

Surfactant:

Surfactant senkt die Oberflächenspannung in den Alveolen, wodurch ein Kollabieren verhindert, die Atemarbeit reduziert und eine normale Atmung überhaupt erst ermöglicht wird.

Blut-Luft-Schranke

Die Lungenarterien transportieren sauerstoffarmes Blut zu den Kapillaren, die die Alveolen dicht umgeben. Dort findet der Gasaustausch statt. Damit dieser möglichst effizient ablaufen kann, ist die Blut-Luft-Schranke extrem dünn aufgebaut, sodass die Diffusionsstrecke zwischen Atemluft und Blut minimal ist.

Nach dem Gasaustausch fließt das nun sauerstoffreiche Blut über die Lungenvenen zurück zum Herzen.

Aufbau der Blut-Luft-Schranke (vom Blut zur Luft):

• Kapillarendothel 
• Gemeinsame Basallamina
• Pneumozyten Typ 1
• Surfactant-Schicht

Lage und Aufbau

 Merke

Steckbrief:

• Form: Die Lungenflügel ähneln einem abgerundeten Kegel
• Lage: im Thorax, rechts und links des Mediastinums, auf dem Zwerchfell aufliegend
• Größe: Volumen ca. 1,5 L rechts und 1,4 L links
• Oberfläche: ca. 100 m² (vergrößert durch Alveolen)
• Gewicht: ca. 800 g
• Funktion:
  • Gasaustausch (Aufnahme von O₂, Abgabe von CO₂)
  • Versorgung des Körpers mit Sauerstoff
  • pH-Regulation über CO₂-Abatmung

• Die Lunge besteht aus zwei Lungenflügeln, die in Lungenlappen und weiter in Lungensegmente unterteilt sind
• Die Verzweigung der Bronchien bestimmt den Aufbau des Lungengewebes:
  •  Lungenflügel → Lungenlappen → Lungensegmente → Lungenläppchen
• Funktionell unterscheidet man:
  • das luftleitende Bronchialsystem
  • die gasaustauschenden Alveolen
• Beide Lungenflügel werden von der Pleura (Lungenfell) umgeben. Sie besteht aus:
  • Pleura visceralis (inneres Blatt, umgibt die Lungen)
  • Pleura parietalis (äußeres Blatt, kleidet die Thoraxwand und das Diaphragma aus)
• Die Basis der Lungen liegt auf dem Zwerchfell
• Nach oben verjüngen sich die Lungen zur Lungenspitze

Lungenlappen

• Die Lungenflügel sind durch Einschnitte (Fissuren) in Lappen unterteilt
• Rechter Lungenflügel → 3 Lappen:
  • Oberlappen 
  • Mittellappen 
  • Unterlappen 
• Linker Lungenflügel → 2 Lappen:
  • Oberlappen 
  • Unterlappen 

Lungensegmente 

• Die Lappen der Lunge sind 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 liegt auf der Innenseite beider Lungenflügel. Hier treten wichtige Strukturen in die Lunge ein und aus:

• Bronchien
• Lungengefäße (Arterien und Venen)
• Bronchialgefäße
• Lymphgefäße
• Nerven

 Info

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

Funktionen

Die Hauptfunktion der Lunge ist die Aufnahme von Sauerstoff (O₂) ins Blut und die Abgabe von Kohlenstoffdioxid (CO₂) an die Atemluft. Damit dies möglich ist, muss die eingeatmete Luft die Alveolen erreichen, wo der Gasaustausch stattfindet.

Die Durchblutung (Perfusion) der Lunge wird dabei an den Sauerstoffgehalt angepasst (Euler-Liljestrand-Mechanismus), um ein möglichst gutes Verhältnis von Ventilation und Perfusion zu gewährleisten. Zudem wird die Atmung durch das Atemzentrum an die Bedürfnisse des Körpers angepasst.

• Funktionen der Lunge im Überblick:
• Oxygenierung des Blutes
• Gasaustausch von O₂ und CO₂ zwischen Alveolen und Blut
• Belüftung der Alveolen mit frischer Atemluft
• Abstimmung von Ventilation und Perfusion
• Regulation des pH-Wertes über die CO₂-Abatmung

Jeder Lungenflügel ist von einer zweiblättrigen serösen Haut, der Pleura, umgeben:

• Lungenfell (Pleura visceralis): Stellt das innere Blatt der Pleura dar und umhüllt beide Lungenflügel 
• Rippenfell (Pleura parietalis): Stellt das äußere Blatt dar und bedeckt die Brusthöhle 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. Sie wird von den Mesothelzellen der Pleura produziert und durch Lymphgefäße resorbiert, um ein konstantes Volumen zu halten. 

 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

 Definition

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

 Definition

Die Atemmechanik beschreibt die physikalischen Vorgänge bei der Ein- und Ausatmung.

• Bei der Inspiration führt die Kontraktion der Atemmuskulatur zu einer Vergrößerung des Thoraxvolumens. Dadurch entsteht ein Unterdruck in der Lunge, sodass Luft eingesogen wird
• Bei der Exspiration erschlafft die Atemmuskulatur wieder. Durch die elastischen Fasern des Lungengewebes zieht sich die Lunge passiv zusammen, wodurch die Luft aus der Lunge herausgedrückt wird

Inspiration

1. Atemmuskulatur kontrahiert → Thoraxvolumen nimmt zu
2. Die Pleura visceralis haftet über den Flüssigkeitsfilm im Pleuraspalt an der Pleura parietalis → die Lunge folgt der Thoraxbewegung und dehnt sich aus
3. Lungenvolumen vergrößert sich → intrapulmonaler Druck sinkt (Unterdruck)
4. Luft strömt entlang des Druckgefälles in die Lunge

Exspiration

1. Atemmuskulatur erschlafft → Thoraxvolumen nimmt ab
2. Durch elastische Rückstellkräfte zieht sich die Lunge zusammen
3. Lungenvolumen verkleinert sich → intrapulmonaler Druck steigt (Überdruck)
4. Luft strömt entlang des Druckgefälles aus der Lunge heraus

 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 wird automatisch durch das Atemzentrum in der Medulla oblongata gesteuert, kann aber auch bewusst beeinflusst werden.

Das Atemzentrum reguliert Atemfrequenz und -tiefe, um O₂, CO₂ und pH-Wert im Blut konstant zu halten.

Dafür erhält es Informationen von Chemorezeptoren:

• Karotisgabel & Aortenbogen: messen O₂, CO₂ und pH im Blut
• Medulla oblongata: misst CO₂ und pH im Liquor

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

Das Atmungssystem besteht aus den oberen Atemwegen mit Nasenhöhle und Rachen sowie den unteren Atemwegen mit Kehlkopf, Luftröhre, Bronchien, Bronchiolen und Lunge.

Funktionell wird es unterteilt in:

• Luftleitende Abschnitte: Nase, Rachen, Kehlkopf, Luftröhre, Bronchien und Bronchioli terminales
• Respiratorische Abschnitte: Bronchioli respiratorii und Alveolen

Äußere Nase und Nasenhöhle:

 Merke

Steckbrief: 

• Funktion: Befeuchtung, Erwärmung, Reinigung und Kontrolle der Atemluft
• Lage: Mittig im Gesicht (äußere Nase) bis zur Nasenhöhle vor dem Pharynx
• Form:
  • Äußere Nase: Nasenseptum und zwei Nasenflügel
  • Nasenhöhle: Nasenseptum sowie je Seite drei Nasenmuscheln und drei Nasengänge

Nasennebenhöhle:

 Merke

Steckbrief:

• Funktion: Belüftung und Drainage der Nasenhöhle, Resonanzraum für die Stimme, Gewichtsreduktion des Schädels
• Lage: In verschiedenen Schädelknochen rund um die Nasenhöhle
• Form: Schleimhautausgekleidete, luftgefüllte Hohlräume
• Verbindung: Über Öffnungen (Ostien) mit der Nasenhöhle verbunden
• Anzahl: Vier paarige Nebenhöhlen (Stirn-, Kiefer-, Keilbein- und Siebbeinhöhlen)

Rachen (Pharynx):

 Merke

Steckbrief:

• Funktion: Weiterleitung von Luft und Nahrung sowie Beteiligung am Schluckakt
• Verlauf: Von der Schädelbasis bis zum Ringknorpel des Larynx
• Form: Schlauchförmig
• Länge: Etwa 12–15 cm

Kehlkopf (Larynx):

 Merke

Steckbrief:

• Funktion:
  • Luftleitung
  • Stimmbildung (Phonation)
  • Schutz der Atemwege (Verschluss beim Schlucken)
• Lage: Zwischen Hypopharynx (Schlundrachen) und Trachea (Luftröhre)
• Knorpel:
  • Schild- und Ringknorpel → bilden den Übergang von der Luftröhre zum Kehlkopf
  • Stell- und Spitzenknorpel → bewegliche Aufhängung der Stimmbänder
  • Kehldeckelknorpel (Epiglottis): Verschluss des Larynx beim Schlucken

Luftröhre (Trachea):

 Merke

Steckbrief:

• Funktion:
  • Weiterleitung der Atemluft von der Epiglottis zu den Hauptbronchien und zurück
  • Anfeuchten und Erwärmen der Atemluft
  • Immunabwehr durch Schleimhaut und Abwehrzellen
  • Mukoziliäre Clearance → Transport von Schmutz und Schleim aus den Atemwegen
• Lage: Im Hals und Mediastinum, ventral des Ösophagus
  • Beginn: Unterhalb des Ringknorpels (Kehlkopf)
  • Ende: Auf Höhe des 4. Brustwirbelkörpers  an der Bifurkation
• Form: röhrenförmig
• Größe: ca. 10-12 cm lang
• Durchmesser: ca. 1,5–2 cm

Bronchialbaum:

• Hauptbronchien: Aufgabelung in 3 (rechts) bzw. 2 (links) Lappenbronchien
• Lappenbronchien: jeder Lappenbronchus verzweigt sich in mehrere Segmentbronchien auf (rechts: 10, links: 8-10)
• Segmentbronchien: teilen sich in immer kleinere Bronchien (Subsegmentbronchien) auf
• Läppchenbronchien: 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

 Achtung

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

Lunge:

 Merke

Steckbrief:

• Form: Die Lungenflügel ähneln einem abgerundeten Kegel
• Lage: im Thorax, rechts und links des Mediastinums, auf dem Zwerchfell aufliegend
• Größe: Volumen ca. 1,5 L rechts und 1,4 L links
• Oberfläche: ca. 100 m² (vergrößert durch Alveolen)
• Gewicht: ca. 800 g
• Funktion:
  • Gasaustausch (Aufnahme von O₂, Abgabe von CO₂)
  • Versorgung des Körpers mit Sauerstoff
  • pH-Regulation über CO₂-Abatmung

• Die Lunge besteht aus zwei Lungenflügeln, die in Lungenlappen und weiter in Lungensegmente unterteilt sind
• Die Verzweigung der Bronchien bestimmt den Aufbau des Lungengewebes:
  •  Lungenflügel → Lungenlappen → Lungensegmente → Lungenläppchen
• Funktionell unterscheidet man:
  • das luftleitende Bronchialsystem
  • die gasaustauschenden Alveolen
• Beide Lungenflügel werden von der Pleura (Lungenfell) umgeben. Sie besteht aus:
  • Pleura visceralis (inneres Blatt, umgibt die Lungen)
  • Pleura parietalis (äußeres Blatt, kleidet die Thoraxwand und das Diaphragma aus)

Grundlagen des Gausaustauschs:

• 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

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

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)

 Tipp

Wenn ihr mehr wissen möchtet, empfehlen wir euch die verlinkten Artikel aus der Vorklinik.

• Lunge (Pulmo)
• Respiratorisches System
• Lungen- und Rippenfell (Pleura)
• Zwerchfell (Diaphragma)
• Allgemeines zum Atmungssystem
• Atemgrößen und Messmethoden
• Atmungswiderstände
• Grundlagen des Gasaustauschs