Lunge
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Die Lunge (lat. Pulmo, -onis m.) ist ein Körperorgan, das der Atmung dient. Echte Lungen kommen bei vielen luftatmenden Wirbeltieren vor, so bei den meisten landlebenden Wirbeltieren und manchen Fischen wie z. B. den Lungenfischen. Sie entstehen embryonal als Ausstülpung des Vorderdarms. Die Amphibien (Amphibia) besitzen einfache Lungen. Sie sind bei ihnen sackförmig und glattwandig oder nur schwach gekammert. Viel stärker gekammert sind sie bei den Kriechtieren (Reptilien). Bei Vögeln sind sie relativ klein, aber wegen der zusätzlich vorhandenen Luftsäcke auch viel komplizierter gebaut.
Die Lungen der Säugetiere ähneln denen der Kriechtiere. Beim Menschen bestehen sie aus zwei Lungenflügeln, die links in zwei und rechts in drei Lungenlappen unterteilt sind. Die Säugetierlunge besitzt keine Muskulatur. Die Luft wird stattdessen mit Hilfe des Zwerchfells und der Rippenmuskulatur eingesaugt. Der Brustkorb dehnt sich, dadurch wird das Volumen größer und es entsteht ein Unterdruck, der durch die einströmende Luft ausgeglichen wird.
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.[1][2] Der medizinisch-lateinische Fachbegriff pulmo geht auf eine alternative Schreibweise des griechischen Wortes für Lunge zurück: πλεύμων (pleumon), dessen standardsprachliche Schreibweise πνεύμων (pneumon) u.a. dem Wort „Pneumonie (=Lungenentzündung)“ zugrunde liegt.
Säugetierlunge
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. Zwischen dem Brustfellüberzug der Lunge und der Brustfellauskleidung der Brusthöhle liegt ein Spaltraum, in dem ein Unterdruck herrscht. Er ist für die Atmung von großer Bedeutung. Bei einer Verletzung des Brustkorbs kann dieser Unterdruck zusammenbrechen, und die Lunge kollabiert (Pneumothorax).
Aufbau der menschlichen Lunge
Die menschlichen Lungen, als typische Säugetierlungen, bestehen aus einer rechten Lunge (rechtem Lungenflügel) und einer linken Lunge (linkem Lungenflügel). Jeder Lungenflügel wird durch Furchen in so genannte Lungenlappen unterteilt. Der rechte Lungenflügel teilt sich dabei in drei, der linke Lungenflügel in lediglich zwei Lappen auf. Die Lungenlappen wiederum werden in Lungensegmente unterteilt. Die Bezeichnung erfolgt hier entsprechend der Zuordnung zum versorgenden Bronchialast. 10 Segmente finden sich in der rechten Lunge (Pulmo dexter). Im linken Flügel (Pulmo sinister) gibt es nur 9 Segmente, da das 7. Segment fehlt. Der linke Lungenflügel ist etwas kleiner als der rechte, da auf der linken Seite das Herz einigen Raum einnimmt. Dabei besteht der rechte Lungenoberlappen aus dem apikalen, posteriorem und anteriorem Oberlappensegment, der Mittellappen (nur rechts) aus dem lateralen und medialen Mittellappensegment (Segmente 4,5), es folgt das apikale Unterlappensegment (6er Segment), sowie die vier basalen Unterlappensegmente rechts (mediobasal, anterobasal, laterobasal, posterobasal). Auf der linken Seite besteht der Oberlappen aus den Segmenten 1 bis 3, Namensgebung wie im rechten Oberlappen, sowie aus den beiden Lingulasegmenten (4,5) (superiores und inferiores Lingulasegment). Es folgt das apikale Unterlappensegment (6er Segment) sowie die drei basalen Unterlappensegmente: anterobasal, laterobasal, posterobasal (Segmente 8 bis 10). Das mediobasale Segment fehlt.
Die Lungenflügel liegen in der Brusthöhle. Oben überragt die Lungenspitze um etwa 1–2 cm das Schlüsselbein, unten liegt die Lunge dem Zwerchfell auf, dessen Lage sehr variabel ist und vorrangig von der Atemstellung und der Körperlage (im Liegen höher als im Sitzen) abhängt. Grob kann man sagen, dass in der Atemruhestellung die Lungenränder auf der Bauchseite in Höhe der 6. Rippe, seitlich in Höhe der 8. Rippe und auf der Rückenseite in Höhe der 10. Rippe zu liegen kommen. Dieser Unterschied ergibt sich aus der schrägen Zwerchfellansatzlinie.
Die linke Lunge ist allgemein kleiner, weil ihr das Herz zum größten Teil aufliegt. Dadurch und bedingt durch die Aufspaltung der Luftröhre in die Hauptbronchien, sodass der linke Luftröhren-Bronchien-Winkel kleiner ist als der rechte, wird die rechte Lunge in der Regel besser belüftet. Der Winkel, der von der Trachea und dem rechten Hauptbronchus eingeschlossen wird, ist größer als jener zwischen Trachea und linkem Hauptbronchus. Dies hat Konsequenzen bei der Aspiration von Fremdkörpern: Diese gelangen meistens in den rechten Hauptbronchus. Das Lungenvolumen eines erwachsenen Menschen beträgt durchschnittlich 5 bis 6 Liter.
Feinbau
Das Gewebe der Lungen kann in einen luftführenden Teil und einen Teil, in dem der tatsächliche Gasaustausch stattfindet, unterteilt werden. Die luftführenden Bronchien enden in blind endenden Säckchen, den Lungenbläschen (Alveolen). In diesen findet der Gasaustausch statt.
Die Gesamtheit des luftleitenden Systems wird als Bronchialsystem (Bronchialbaum) bezeichnet. Von innen nach außen finden sich verschiedene Schichten. Das Epithel (Deckgewebe) besteht zu Beginn noch, wie in der Luftröhre, aus mehrreihigem, hochprismatischem Flimmerepithel, doch näher an den Alveolen vereinfacht sich die Struktur, und in den Bronchiolen überwiegt einschichtiges iso- oder hochprismatisches Flimmerepithel. In der darunter liegenden Lamina propria findet sich glatte Muskulatur, deren Anteil zu den Alveolen hin zunimmt. Weiterhin enthält sie eine Vielzahl elastischer Fasern sowie muköse und seröse Drüsen, deren Ausgänge in den Bronchus öffnen und die Schleimhautoberfläche mit einem Schutzfilm überziehen. Ganz außen findet sich in den großen Bronchien hyaliner Knorpel, der gewährleistet, dass die Luftwege offen bleiben. Je kleiner der Durchmesser der Bronchien wird, umso geringer wird der Anteil der Knorpelmasse, bis sich nur noch kleine Inseln finden.
In den Alveolen findet die Oxygenierung des Blutes statt. Es handelt sich dabei um sackartige Erweiterungen mit einem Durchmesser von ca. 200 μm und einer geschätzten Anzahl beim erwachsenen Menschen von etwa 300 Millionen. Die von ihnen gebildete Fläche wird als Respiratorische Fläche bezeichnet.
Sie 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. Dieser reduziert die Oberflächenspannung und dient als Antiatelektasefaktor. 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).
Ontogenetische Entwicklung
Die Lunge ist das einzige Organ, dessen Funktionsfähigkeit, solange der Fötus noch in der Gebärmutter ist, nicht überlebensnotwendig ist. Erst nach der Geburt (dann allerdings innerhalb von Sekunden) übernimmt sie ihre hauptsächliche Funktion. Trotzdem kommt ihr vor der Geburt eine wichtige Rolle zu: Die Lunge produziert täglich bis zu 15 ml Amnionflüssigkeit je kg Körpergewicht.
Die Entwicklung der Lunge beginnt etwa am 30. Tag mit der Ausbildung der Lungenknospe aus dem ventralen (bauchseitigen) Teil des Vorderdarms. Wie bei diesem ist das Epithel, das die Lunge und ihren luftleitenden Apparat (Kehlkopf, Luftröhre, Bronchien) auskleidet, entodermalen Ursprungs. Im Gegensatz dazu entstammt das Muskel- und Knorpelgewebe dem Mesoderm, das das Darmrohr umgibt.
Die Lungenknospe teilt sich dann weiter in eine rechte und eine linke Aufzweigung (die späteren Hauptbronchien). Weiter teilt sich die rechte Aufzweigung in drei weitere Aufzweigungen, die linke in zwei. Jede dieser fünf weiteren Aufzweigungen bildet später einen Lungenlappen (Lobus pulmonis). Von der 5. bis zur etwa 17. Woche wird der gesamte später luftleitende Teil der Lungen angelegt, also die weiteren Verzweigungen der Bronchien bis hin zu den Bronchioli terminales. Vorerst ist dieser nur von hochprismatischem Epithel ausgekleidet, ab der 13. Schwangerschaftswoche finden sich jedoch erste Flimmerepithelzellen. Zellen des Epithels beginnen, Amnionflüssigkeit zu produzieren.
In der 16. bis zur 26. Woche bilden sich aus den Enden der Bronchioli terminales die Canaliculi, aus denen das Lungenparenchym hervorgeht. Letzteres ist das Funktionsgewebe der Lunge, in dem nach der Geburt der Gasaustausch vonstattengeht. Eine für das Lungenparenchym typische Zellsorte sind Pneumozyten Typ II, die Surfactant ausscheiden. Einige Pneumozyten Typ II differenzieren sich zu Pneumozyten Typ I, und Kapillaren dringen in das entstehende Lungenparenchym ein. Die Wand der Kapillaren und die Membran der Pneumozyten Typ I bilden später die Blut-Luft-Schranke. Die Existenz des Lungenparenchyms und die Bildung von Surfactant (→ Lungenreifung) sind wichtig, um die (ca. ab der 24. Woche gegebene) Lebensfähigkeit des Fötus' außerhalb der Gebärmutter zu gewährleisten.
Im letzten Trimester der Schwangerschaft bilden sich die Canaliculi zu weiteren Aufzweigungen um, die letztlich als Sacculi blind enden. Alle diese Aufzweigungen des Lungenperenchyms sind mit Pneumozyten vom Typ I und Typ II ausgekleidet. Die Wände der Sacculi und teilweise der vorgeschalteten Aufzweigungen stülpen sich zu halbkugeligen Alveoli aus. Wie die vorherigen Vorgänge vergrößert dies die von Parenchym bedeckte Oberfläche erheblich. Die Wände der Alveoli beinhalten die oben genannte Blut-Luft-Schranke, den späteren Ort des Gasaustauschs. Ein neugeborenes Kind hat weit weniger Alveoli als ein Erwachsener. Die Bildung der Alveoli wird erst im Kindesalter abgeschlossen.
Physiologie der Atmung
Das Atmen beginnt bei dem 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. die Brustmuskeln. 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“).
Erkrankungen
Obstruktive Lungenerkrankungen. Bei den chronisch obstruktiven Lungenerkrankungen (Abk. COPD von engl. Chronic obstructive pulmonary disease) behindert eine Einengung der Atemwege den Luftstrom. Dies führt häufig zu Atemnot (Dyspnoe). Wichtigster Risikofaktor ist das Rauchen, aber auch Umweltverschmutzung, ein geringes Geburtsgewicht und genetische Faktoren werden dafür verantwortlich gemacht. Zu den COPD gehören die Chronische Bronchitis und das Lungenemphysem. Ein Lungenemphysem kann sich auch aus einer erblich bedingten Stoffwechselstörung, dem Alpha-1-Antitrypsin-Mangel, entwickeln.
Restriktive Lungenerkrankung. Im Gegensatz dazu ist bei den restriktiven Lungenerkrankungen die Flexibilität der Lunge eingeschränkt (im Sinne von: Einschränkung der Lungenbeweglichkeit). Dadurch verringern sich das Lungenvolumen und die Compliance, also die Dehnbarkeit relativ zum Druck. Hierzu gehören Sarkoidose, Pneumokoniose (Staublunge) und andere Erkrankungen, die eine Fibrose des Lungengewebes zur Folge haben, aber auch äußere Einflüsse wie Missbildungen des Brustkorbs (Kyphose, Skoliose).
Lungenödem. Lungenödem bezeichnet die Ansammlung von Flüssigkeit im Lungengewebe. Dabei wird zwischen Permeabilitätsödemen (ARDS, toxisches Lungenödem), bei denen die Durchlässigkeit der Kapillaren erhöht ist, und hydrostatischen Lungenödemen (kardiales Ödem, Höhenödem), bei dem der Druck in den Kapillaren den Druck in den Alveoli so sehr übersteigt, dass die Flüssigkeit aus den Kapillaren hinaus „gepresst“ wird, unterschieden.
Atelektase. Bei der Atelektase ist ein Lungenabschnitt kollabiert, und die Alveoli enthalten keine oder nur noch sehr wenig Luft.
Tuberkulose. Tuberkulose, eine Infektionskrankheit, deren Erreger Mycobacterium tuberculosis ist, wird durch Tröpfcheninfektion übertragen und manifestiert sich zuerst in der Lunge. Auf dem Röntgenbild zeigen sich charakteristische, mottenfraßartige Läsionen, welche der Erkrankung auch den Beinamen „die Motten“ einbrachten.
Entzündungen. Entzündungen in der Lunge werden unterschieden in Pneumonien (Lungenentzündungen), bei denen das Lungengewebe betroffen ist, Bronchitis als Entzündung der Bronchien und Bronchiolitis, die Entzündung der kleinen Bronchien.
Neubildungen. Krebserkrankungen der Lunge werden als Bronchialkarzinom bezeichnet, da sie als bösartige Neubildungen entarteter Zellen der Bronchien oder Bronchiolen entstehen. Es ist eine der häufigsten bösartigen Erkrankungen des Menschen. Laut Weltgesundheitsorganisation werden anhand der Histologie verschiedene Subtypen unterschieden: Plattenepithelkarzinome, Adenokarzinome, klein- und großzellige Karzinome und weitere, selten auftretende Typen. Außerdem finden sich in der Lunge durch ihre Filterfunktion häufig Metastasen anderer Tumore.
Vogellunge
Hauptartikel: Luftsack (Vogel)
Im Gegensatz zur Säugetierlunge sind die Lungen der Vögel unbeweglich in den Brustraum eingebaut. 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.
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.
Siehe auch
- Lungenfunktion
- Kieme
- Eiserne Lunge
- Lungensimulator
- Pneumologie
- Staublunge
- Lunge (Lebensmittel)
- Buchlunge (Spinnen)
Literatur
- G. Thews: Anatomie, Physiologie, Pathophysiologie des Menschen. Wissenschaftliche Verlags-Gesellschaft, Stuttgart 2007, ISBN 978-3-8047-2342-9.
- Franz-Viktor Salomon: Atmungsapparat. In: Salomon u. a. (Hrsg.): Anatomie für die Tiermedizin. 2. erw. Auflage. Enke, Stuttgart 2008, ISBN 978-3-8304-1075-1, S. 324–367.
- G. M. Hughes, E. R. Weibel: Morphometry of fish lungs. In: Respiration of Amphibious Vertebrates. Academic Press, London 1976, ISBN 0-12-360750-7.
Weblinks
- Elektronenmikroskopische Originalabbildungen
- Sammlung radiologischer Bilder der Lunge
- Blut-Luft-Schranke