Ein detaillierter Blick auf die Anatomie und Funktion der Lunge im menschlichen Körper

An In-Depth Look at Lung Anatomy and Function in the Human Body

Ein detaillierter Blick auf die Anatomie und Funktion der Lunge im menschlichen Körper

Atmen Sie tief ein. Wussten Sie, dass Ihre Lungen bei jedem Atemzug die knapp 4,5 Liter Blut, die jede Minute durch Ihren Körper zirkulieren, mit Sauerstoff anreichern ? In Ihrem Brustkorb befinden sich zwei rosa, schwammartige Organe, die diesen lebenserhaltenden Prozess im Leben eines durchschnittlichen Menschen über 600 Millionen Mal ermöglichen .

Die Lunge gehört zu den lebenswichtigsten Organen des menschlichen Körpers. Sie wiegt bei einem durchschnittlichen Erwachsenen etwa 750 Gramm und bedeckt fast den gesamten Brustkorb. Ihre Gesamtoberfläche von etwa 9 Quadratmetern entspricht etwa der Größe eines Tennisplatzes. Diese riesige Oberfläche ermöglicht eine maximale Wechselwirkung zwischen eingeatmetem Sauerstoff und dem vom Herzen zirkulierenden Blut.

Mit jedem Atemzug filtern und absorbieren Ihre Lungen den Sauerstoff aus bis zu einem halben Liter Luft und befreien den Körper gleichzeitig von Kohlendioxid. Dies geschieht in etwa 300 Millionen winzigen Luftbläschen, den Alveolen, die die Lunge bevölkern. Durch diesen komplexen Gasaustausch erleichtern die Lungen die Sauerstoffversorgung aller Gewebe und entfernen gleichzeitig das Stoffwechselnebenprodukt Kohlendioxid.

In diesem ausführlichen Artikel untersuchen wir die komplexe Anatomie und Physiologie , die diese lebenswichtigen Funktionen ermöglichen. Wir werden enthüllen, wie die Lunge auf Makro- und Mikroskopebene einzigartig aufgebaut ist, um die Überlebensprozesse zu unterstützen, die Sie mit jedem Atemzug am Leben erhalten.

Anatomie der Lunge

Die Lunge wird vom Brustkorb umschlossen und durch die Brustwand, das Brustfell und das Zwerchfell geschützt [1][2] .

Bei Erwachsenen ist jede Lunge etwa 25 bis 30 Zentimeter lang. Die rechte Lunge ist etwas größer und besteht aus drei Lappen, während die kleinere linke Lunge aus zwei Lappen besteht [1][2] :

  • Rechte Lunge
○ Oberer Lappen
○ Mittellappen
○ Unterlappen
  • Linke Lunge

○ Oberer Lappen

○ Unterlappen

Die Lappen sind weiter in Segmente und Läppchen unterteilt – die Funktionseinheiten der Lunge, die aus Alveolen, Blutgefäßen, Nerven, Bindegewebe usw. bestehen. Über 300 Millionen Alveolen bieten bei einem durchschnittlichen Erwachsenen eine riesige Oberfläche von über 70 Quadratmetern für den Gasaustausch [1][2] .

Die Trachea (Luftröhre) führt vom Kehlkopf in den Brustkorb, wo sie sich in zwei Bronchien aufteilt – die linken und rechten Hauptbronchien. Diese teilen sich weiter in immer kleinere Äste, die Bronchiolen genannt werden und in winzigen Luftsäckchen, den Alveolen, enden. Der Bronchialbaum hat über 20 Äste, bevor er in den Alveolargängen endet [1][2] .

Diese verzweigte Struktur maximiert die Oberfläche, die für den Gasaustausch benötigt wird. Sauerstoff diffundiert aus der Luft in den Alveolen in den Blutkreislauf, während Kohlendioxid aus dem Blut in die Alveolen gelangt und ausgeatmet wird.

Die Pleurahäute dichten die Lunge luftdicht gegen die innere Brustwand ab. Der Pleuraraum zwischen den Häuten enthält Pleuraflüssigkeit, die die Reibung bei Atembewegungen verringert.

Die Lungenwurzeln werden von den Bronchien, Blutgefäßen und Nerven gebildet , die durch den Lungenhilus in jede Lunge eintreten und sie verlassen. In dieser Region befinden sich auch Lymphknoten.

Lungenhistologie

Bei genauerer Betrachtung des Lungengewebes unter dem Mikroskop werden die spezialisierten Zelltypen sichtbar, die die Atmung ermöglichen [3] :

  • Alveolarzellen Typ I: Plattenepithelzellen (flache Epithelzellen), die die Struktur der Alveolen bilden. Sehr dünn, um den Gasaustausch zu ermöglichen.
  • Alveolarzellen Typ II: Kubische Epithelzellen, die zwischen den Zellen des Typs I verstreut sind und ein Lipid-Tensid absondern, um die Oberflächenspannung in den Alveolen zu verringern und ein Kollabieren zu verhindern.
  • Alveolarmakrophagen: Immunzellen, die die Alveolarräume von Abfallprodukten und Krankheitserregern befreien.
  • Kapillarendothelzellen: Einfache Plattenepithelzellen, die die dünne, durchlässige Wand der Lungenkapillaren bilden. Ermöglichen eine schnelle Gasdiffusion.

Elastische und kollagene Fasern im Interstitium sorgen für Dehnung und Rückfederung des Lungengewebes. Dadurch können sich die Lungen beim Einatmen mit Luft füllen und beim Ausatmen entleeren.

Glatte Muskulatur und Bindegewebe umgeben außerdem die Atemwege und Lungenblutgefäße.

Atemmechanik

Der Zweck der Atmung besteht darin, sauerstoffreiche Luft in die Lungenbläschen zu bringen und gleichzeitig Kohlendioxid aus dem Körper zu entfernen. Dies erfordert unterschiedliche Drücke im Brustraum.

Beim Einatmen ziehen sich das Zwerchfell und die Zwischenrippenmuskulatur zusammen, wodurch das Brustvolumen zunimmt und der intrathorakale Druck sinkt [4] . Dadurch kann Luft in die Lunge strömen.

Ruhiges Ausatmen ist passiv und findet statt, wenn sich das Zwerchfell und die Interkostalmuskeln entspannen, wodurch die elastischen Lungen und das Brustgewebe sich zurückziehen können. Beim forcierten Ausatmen werden jedoch die inneren Interkostalmuskeln aktiviert, um aktiv Luft herauszupressen.

Veränderungen des Thoraxdrucks führen zu Druckschwankungen in den Alveolen, die den Luftstrom in die Lunge hinein oder aus ihr heraus treiben [4] . Allerdings muss der Alveolargasdruck mit dem atmosphärischen Luft- und Lungenblutdruck im Gleichgewicht sein, um einen Gasaustausch durch Diffusion zu ermöglichen.

Tensidsekrete senken außerdem die Oberflächenspannung in den Alveolen und verhindern so ein Kollabieren. Dadurch bleiben die Alveolen zwischen den Atemzügen aufgeblasen.

Die genaue Kontrolle der Atemfrequenz und -tiefe wird durch die Atemzentren in der Medulla oblongata und der Pons-Region des Hirnstamms geregelt, die auf Signale reagieren, die den Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalt des Blutes sowie den pH-Wert widerspiegeln [4] .

Höhere Gehirnregionen können zudem bewusst Einfluss auf die Atmung nehmen und so beispielsweise Sprechen, Singen, das Anhalten des Atems bei Anstrengung, Husten und vieles mehr ermöglichen.

Gasaustausch und -transport

Die Hauptfunktion der Lunge besteht darin, den Gasaustausch zu erleichtern – die Übertragung von Sauerstoff und Kohlendioxid zwischen eingeatmeter Luft, Alveolarblut und den Körperzellen.

Dies geschieht in drei wesentlichen Schritten [5] :

  1. Ventilation – Luft strömt in die Lunge hinein und aus ihr heraus

○ Tritt durch Massenströmung aufgrund von Druckänderungen auf

  1. Diffusion - Gasaustausch zwischen Alveolarluft und Blut

○ Sauerstoff und Kohlendioxid bewegen sich entlang ihrer Partialdruckgradienten

Unterstützt durch die sehr dünnen Barrieren zwischen Luft, Epithel und Kapillaren

3. Perfusion – Bluttransport zu den Geweben

○ Sauerstoff, der an Hämoglobin gebunden ist, wird durch den Körper transportiert

○ Kohlendioxid transportiert als Bicarbonat-Ionen oder gelöst

Für einen optimalen Gasaustausch muss die Beatmung eng an die Perfusion angepasst sein . Dies wird durch die Autoregulation der regionalen Blutflüsse in der Lunge erreicht.

Obwohl der Luftstrom variabel und intermittierend sein kann, erfolgt die Diffusion selbst dank der großen Oberfläche, die die Diffusionsdistanzen minimiert, extrem schnell. Dies hilft, Unterschiede bei der Belüftung/Perfusion zu überwinden.

Sobald Sauerstoff in die Kapillaren diffundiert, wird er bei einem Druck von 100 mmHg fast vollständig an das Hämoglobin in den roten Blutkörperchen gebunden. Eine kleinere Menge löst sich direkt im Plasma auf.

Kohlendioxid wird nach enzymatischen Reaktionen hauptsächlich in Form von Bicarbonat-Ionen transportiert, wobei etwa 10 % gelöst im Plasma transportiert werden [5] .

Diese durch das Blut übertragenen Gase werden über die Lungenarterien und -venen zwischen Herz, Lunge und peripheren Geweben zirkuliert[5]. Entsprechende Partialdrücke der Gase gewährleisten die Aufnahme von Sauerstoff und die Abgabe von Kohlendioxid, während das Blut durch die Kapillarnetze der Organe fließt.

Lungenerkrankung

Da die Lunge eine so wichtige Rolle bei der Atmung und Homöostase spielt, ist sie sehr anfällig, wenn etwas schief geht. Zu den wichtigsten Lungenerkrankungen gehören [6][7] :

  • Asthma – chronische Entzündung und Bronchokonstriktion, die zu Überempfindlichkeit der Atemwege und Atembeschwerden führt
  • COPD – Überbegriff für Emphysem und chronische Bronchitis, die im Allgemeinen durch Rauchen und Luftverschmutzung verursacht werden und zu einer Verlegung der Atemwege führen.
  • Lungenentzündung – Infektion und Entzündung des Lungengewebes, die am häufigsten durch Bakterien, Viren oder Pilze verursacht wird
  • Lungenkrebs - bösartige und metastasierende Lungentumoren, die meist aus mutierten Bronchialepithelzellen entstehen
  • Lungenembolie – Arterienverstopfungen, meist Blutgerinnsel, die den Blutfluss und den Gasaustausch einschränken

Viele Lungenerkrankungen äußern sich zunächst durch Symptome wie Kurzatmigkeit, Keuchen, Engegefühl in der Brust und chronischen Husten. Diagnostische Lungenfunktionstests zur Beurteilung von Luftstrom, Volumen und Gasdiffusion können bei der Charakterisierung von Erkrankungen helfen. Bildgebungsverfahren wie Röntgenaufnahmen des Brustkorbs, CT-Scans und Bronchoskopien dienen ebenfalls der Visualisierung.

Die Behandlung hängt von der jeweiligen Krankheit ab, kann aber Bronchodilatatoren, Kortikosteroide, Antibiotika, Sauerstofftherapie, Operation, Chemotherapie oder Strahlentherapie umfassen. Im Endstadium der Krankheit ist eine Lungentransplantation eine Option.

Zur Förderung einer langfristigen Lungengesundheit ist eine Prävention, soweit möglich, durch Impfungen, die Vermeidung von Reizstoffen wie Rauchen und Luftverschmutzung sowie regelmäßige Bewegung entscheidend.

Neueste Statistiken zu Lungenerkrankungen [8][9][10] :

Sterberaten bei chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD):

  • Die altersbereinigten Sterberaten für COPD sind in den USA im Laufe der Jahre gesunken.
  • Im Jahr 1999 betrug die Sterberate aufgrund von COPD bei Männern 57,0 pro 100.000 und bei Frauen 35,3 pro 100.000.
  • Im Jahr 2019 sank die Sterberate aufgrund von COPD bei Männern auf 40,5 pro 100.000 und bei Frauen auf 34,3 pro 100.000.

Stand des Lungenkrebses:

  • Lungenkrebs bleibt in den Vereinigten Staaten ein großes Problem.
  • Die American Lung Association stellt einen Signaturbericht zur Verfügung, der die wichtigsten Indikatoren für Lungenkrebs untersucht, darunter Inzidenz, Überleben, Stadium bei Diagnose, chirurgische Behandlung, fehlende Behandlung und Screening.

Auswirkungen der American Lung Association:

  • Die American Lung Association arbeitet aktiv daran, Lungenkrebs und Lungenerkrankungen entgegenzuwirken.
  • Lungenkrebs ist die häufigste krebsbedingte Todesursache in den USA und die Initiative „Team Turquoise“ der American Lung Association, genannt LUNG FORCE, hat sich zum Ziel gesetzt, diese Krankheit zu besiegen.
  • Die American Lung Association hat 26 Millionen US-Dollar speziell für die Lungenkrebsforschung bereitgestellt , wobei der Schwerpunkt auf der Suche nach Heilmitteln und der Linderung des mit Lungenkrebs verbundenen Leidens liegt.
  • Die Organisation stellt außerdem Unterstützungsressourcen für Lungenkrebspatienten und deren Betreuer bereit, und zwar durch LUNG FORCE Walks, Online-Unterstützungsressourcen und Lobbyarbeit.
  • Darüber hinaus setzt sich die American Lung Association für den Schutz der öffentlichen Gesundheit vor gesundheitsschädlicher Luftverschmutzung ein und unterstützt Menschen mit chronischen Lungenerkrankungen wie Asthma und COPD.

Abschluss

Jeder Atemzug ist ein kleines Wunder , denn in unserer Brust vollführen die Lungen ihren komplizierten Tanz. In den riesigen, verborgenen Lungenbläschen entfaltet sich ein perfekter Walzer – Sauerstoff wird eingeatmet, Kohlendioxid ausgeblasen, alles im Takt des Herzschlags. Obwohl wir es nur als einfaches Auf und Ab wahrnehmen, verbirgt sich darunter eine unvergleichliche Komplexität.

Trotz all ihrer komplexen Wunder erwarten wir von unseren Lungen, dass sie uns im Tanz des Lebens immer mühelos führen. Doch manchmal stockt die Musik, geraten die Schritte ins Stocken, wenn die unsichtbaren Schurken der Krankheit den Rhythmus stören. Der Walzer stolpert, der Atem wird kürzer – und die ganze Welt scheint innezuhalten und auf den nächsten Schritt der Lunge zu warten.

Aus diesem Grund arbeiten Champions unermüdlich hinter den Kulissen. Durch Forschung entschlüsseln sie jedes Geheimnis und suchen immer nach den Schlüsseln für die Heilung. Mit Fürsprache erheben sie die Fackel hoch, um den Weg zu erleuchten. Ihre Bemühungen stellen sicher, dass die Musik nicht aufhört, damit der Tanz des Lebens trotz aller Atemzüge, die noch zu tun sind, weitergehen kann.

Wenn Ihre Lungen Sie also wieder in den nächsten Takt heben, atmen Sie tief ein in Dankbarkeit für das Geschenk, das Mysterium, das Wunder in Ihrer Brust. Und atmen Sie ein Gebet der Hoffnung, dass eines Tages für alle Menschen in allen Ländern die tanzenden Lungen nur Gesundheit kennen und das Leben in vollen Zügen genossen werden kann.

Verweise:

[1] Chaudhry, Raheel und Bruno Bordoni. „Anatomie, Thorax, Lunge.“ Nih.gov, StatPearls Publishing, 24. Juli 2023, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK470197/ .

[2] „Anatomie der Lunge | SEER-Training“. Cancer.gov, 2024,

training.seer.cancer.gov/lung/anatomy/.

[3] Khan, Yusuf S. und David T. Lynch. „Histologie, Lunge.“ StatPearls, StatPearls Publishing, 1. Mai 2023.

[4] Haddad, Moshe und Sandeep Sharma. „Physiologie, Lunge.“ Nih.gov, StatPearls Publishing, 20. Juli 2023, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK545177/ .

[5] Butler, James P, und Akira Tsuda. „Transport von Gasen zwischen der Umgebung und den Alveolen – theoretische Grundlagen.“ Comprehensive Physiology vol. 1,3 (2011): 1301-16. doi:10.1002/cphy.c090016

[6] „Lungenerkrankungen“. National Institute of Environmental Health Sciences, 2024, www.niehs.nih.gov/health/topics/conditions/lung-disease .

[7] „Lung Disease Treatments“. NHLBI, NIH, 24. März 2022,

www.nhlbi.nih.gov/health/lung-treatments .

[8] American Lung Association. „Unsere Wirkung“. Lung.org, 2014,

www.lung.org/about-us/our-impact .

[9] American Lung Association. „Monitoring Trends in Lung Disease: Data & Statistics.“ Lung.org, 2015, www.lung.org/research/trends-in-lung-disease.

[10] Daten und Statistiken – Chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD). 2024, www.cdc.gov/copd/data.html .

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