Lunge: Anatomie

Embryonalentwicklung

Die Entwicklung des Tracheobronchialbaums und der Lunge erfolgt in fünf Stadien. Der Tracheobronchialbaum entsteht aus dem Vorderdarm der embryonalen Darmröhre, beginnend in der 4. Schwangerschaftswoche und endet im Kindesalter.

Makroskopische Anatomie

Allgemein

• Die Lunge ist ein gepaartes Organ, bestehend aus schwammartigem Gewebe.
• Sie ist asymmetrisch; jede Lunge hat eine etwas andere Morphologie und Gewicht:
  • Der linke Lungenflügel ist etwas kleiner als der rechte Lungenflügel
  • Im Durchschnitt sind die Lungen bei Männern schwerer als bei Frauen
• Lage:
  • Befindet sich in der Brusthöhle auf beiden Seiten des Mediastinums
  • Umschließt den Bronchialbaum
  • Eingebettet in die paarig angelegten Pleurahöhlen (Cavitas pleurales)
  • Mit der Trachea über die Hauptbronchien verbunden
  • Über Truncus pulmonalis und Vv. pulmonales mit dem Herzen verbunden
• Aufbau:
  • Jede Lunge hat eine Basis, eine Spitze (Apex), zwei Oberflächen und drei Ränder:
    • Die Basis sitzt auf dem Zwerchfell
    • Der Apex ragt über die 1. Rippe hinaus
    • Eine Fläche ist den Rippen zugewandt (kostal); die andere zeigt nach medial (mediastinal) und enthält das Hilum
    • Drei Grenzen: inferior, posterior und anterior
  • Umschlag der Pleura visceralis in die Pleura parietalis im Bereich der Facies mediastinalis
    • Umschlagsfalte Ligamentum pulmonale 
    • Zwischen den beiden Pleurablättern befindet sich der flüssigkeitsgefüllte Pleuraspalt Cavitas pleuralis (gewährleistet Verschiebungen zwischen den beiden Pleurablättern)
    • Negativer Druck (-5 cm H₂O) im Pleuraspalt fixiert die Lunge in den Pleurahöhlen
• Hilum:
  • Liegt zwischen T5 und T7
  • Bildet die Lungenwurzeln (von Pleura umgebener gemeinsamer Gefäß- und Bronchialstamm der beiden Lungenflügel)
  • Die folgenden Strukturen verlaufen durch das Hilum jeder Lunge:
    • Hauptbronchus
    • A. pulmonalis
    • Vv. pulmonales
    • Bronchialgefäße
    • Pulmonaler autonomer Plexus
    • Lymphknoten und -gefäße
    • Bindegewebe

Unterschiede zwischen rechtem und linkem Lungenflügel

Die zwei Lungen sind nicht symmetrisch und variieren sowohl in Gewicht als auch in Morphologie. Dieser Unterschied ist auf die Größe und Lage des Herzens im linken Hemithorax zurückzuführen.

Rechter Lungenflügel:

• Drei Lappen: oberer, mittlerer und unterer
• Zwei Fissuren: Fissura obliqua und die Fissura horizontalis 
• Seine mediale oder mediastinale Oberfläche grenzt an:
  • Herz
  • V. cava inferior
  • V. cava superior
  • V. azygos
  • Ösophagus

Linker Lungenflügel:

• Zwei Lappen: oberer und unterer
• Eine Fissur: Fissura obliqua
• Seine mediale oder mediastinale Oberfläche grenzt an:
  • Herz
  • Aortenbogen
  • Aorta abdominalis
  • Ösophagus
• Die Herzkerbe (Incisura cardiaca) befindet sich am Oberlappen des linken Lungenflügels am vorderen Rand, um Platz für das Herz zu schaffen. Am kaudalen Ende der Incisura cardiaca befindet sich die Lingula. Diese stellt eine Ausziehung des Oberlappens dar und existiert nur an der linken Lunge.

Bronchopulmonale Segmente

Hauptbronchien → Lappenbronchien → Segmentbronchien

Nach der Einteilung in Lungenlappen mit zugehörigen Lappenbronchien verzweigen sich diese entlang des Bronchialbaums in die sogenannten Segmentbronchien, die die größten funktionellen Abschnitte der Lungenlappen darstellen.

• Jedes Segment hat seine eigene Luft- und Blutversorgung.
  • Luftversorgung: Tertiäre oder segmentale Bronchien
  • Blutversorgung: Aa. segmentalis aus den Aa. lobares superior, inferior et media
• Asymmetrische Segmentverteilung zwischen rechter und linker Lunge:
  • Rechte Lunge: 10 Segmente
  • Linke Lunge: 8–10 Segmente (einige können verschmelzen)

Mikroskopische Anatomie

Die Bronchi principales, lobares, segmentales, subsegmentales und die Bronchioli terminales bilden zusammen den luftleitenden Anteil, wohingegen die Bronchioli respiratorii, der Ductus alveolaris und die Sacculi alveolares zum respiratorischen Anteil gehören. Im Allgemeinen werden die Atemwege mit jeder Verzweigung im Durchmesser kleiner und dünner.

Alveolen

• Hohlräume, die als Ort des Gasaustauschs dienen
• Durchmesser von 150 – 500 µm
• Lage: In den Bronchiolen der Atemwege entlang der Wandgänge und in den Alveolarsäckchen
• Voneinander getrennt durch interalveoläre Septen, die aus elastischen Fasern und Kapillaren bestehen
• Die gesamte alveoläre Gasaustauschfläche liegt zwischen 100 – 120 m²
• Ausgekleidet von Pneumozyten vom Typ I und Typ II:
  • Typ I: umfasst 95 % der gesamten Alveolaroberfläche und bildet die Blut-Luft-Schranke
  • Typ II: umfasst 5 % der gesamten Alveolaroberfläche und sezerniert Surfactant

Gefäßversorgung und Innervation

Blutversorgung

• Die Gefäße treten am Hilum in die Lunge ein
• Die Lunge hat ein duales Kreislaufsystem:
  • Arterielle Versorgung:
    • Lungenarterien (Vasa publica)
      • Truncus pulmonalis
      • Transportiert sauerstoffarmes Blut aus der rechten Herzkammer in die Lunge (Vasa publica)
      • Verzweigt sich in linke und rechte A. pulmonalis, welche sich dann in Lappen- und Segmentäste entsprechend der Verzweigung des Bronchialbaums aufteilten
    • Bronchialarterien (Vasa privata)
    • Rr. bronchiales aus der Aorta thoracica oder aus den Aa. intercostales posteriores versorgen Lungengewebe mit sauerstoffreichem Blut
  • Venöse Versorgung:
    • Zufluss aus den Millionen Alveolen in der Lunge
    • Vereinigen sich entlang der Verzweigungen des Bronchialbaums
    • Werden zu den Vv. pulmonales superior und inferior aus den beiden Lungenflügeln
    • Abfluss in den linken Vorhof aus diesen vier Venen
    • Transportieren sauerstoffreiches Blut von der Lunge in den linken Vorhof, um es im ganzen Körper zu verteilen

Innervation

Die Lunge erhält eine gemischte Innervation vom Plexus pulmonalis, der die parasympathischen, sympathischen und viszeral-afferenten Fasern enthält. Zusätzlich enthält der Plexus pulmonalis afferente vegetative Fasern, die überwiegend aus Dehnungssensoren der Bronchialwände stammen. Bei einer starken Dehnung hemmen sie mittels des Hering-Breuer-Reflexes das Atemzentrum.

• Parasympathische Fasern:
  • Präsynaptische Fasern aus dem N. vagus
  • Diese Fasern bilden Synapsen mit parasympathischen Ganglienzellen.
  • Motorische Innervation der glatten Muskulatur des Bronchialbaums (Constrictor), der Lungengefäße (Dilatator) und der Drüsen des Bronchialbaums (sekretorisch-motorisch)
• Sympathische Fasern:
  • Postsynaptische Fasern mit Zellkörpern in den paravertebralen sympathischen Ganglien (Sympathikus)
  • Innervation der glatten Muskulatur des Bronchialbaums (Dilatator), der Lungengefäße (Constrictor) und der sekretorischen Zellen der Alveolen Typ II (Inhibitor)
• Viszerale Fasern:
  • Reflexiv: Führt unbewusste Empfindungen durch, die mit der Regulierung und Kontrolle von Reflexen verbunden sind (begleiten die parasympathischen Fasern)
  • Nozizeptiv: Schmerzen als Reaktion auf eine Verletzung (begleiten sympathische Fasern)

Funktion der Lunge

Die Hauptaufgabe der Lunge besteht darin, den Körper mit Sauerstoff zu versorgen und ihn von CO₂ zu befreien.

Atemmechanik

• Rhythmischer Wechsel der Thoraxgröße
• Durch den negativen Druck im Pleuraspalt ist die Lunge gezwungen, diesen Volumenänderungen des Thorax zu folgen.
• Bei der Inspiration sorgen zwei Mechanismen für eine Vergrößerung des Lungenvolumens
  • Erweiterung des Thorax, durch das Anheben der Rippen durch die Interkostalmuskulatur
  • Absenken des Zwerchfells (Diaphragma)
  • Der Recessus costodiaphragmaticus der Pleurahöhle dient als Reserveraum zur Ausdehnung der Lunge im Rahmen der Inspiration. Weiterer Reserveraum stellt der Recessus costomediastinalis dar, welcher sich an der Grenze der vorderen Brustwand zum Mediastinum befindet
• Die Exspiration ist ein überwiegend passiver Vorgang, welcher durch die elastischen Rückstellkräfte von Lunge und Thorax bedingt wird. Lediglich bei der forcierten Ausatmung sind exspiratorisch wirksame Muskeln an der schnelleren Verkleinerung des Thoraxdurchmessers beteiligt.

Atmung/Gasaustausch:

• Entfernt CO₂ aus dem Blut und gibt es in die Umgebungsluft ab
• Nimmt O₂ aus der Umgebungsluft auf und gibt es an Blut ab
• Hängt von der Konzentration und der strukturellen Integrität des Hämoglobins ab

Atmungsregulation:

• Durch die Chemorezeptoren in Lunge und im Gewebe, die Veränderungen der Sauerstoff- und CO₂-Konzentration wahrnehmen
• Durch das Atmungszentrum des Gehirns, mit ständigem Feedback von den zentralen und peripheren Chemorezeptoren

Klinische Relevanz

Die folgenden Erkrankungen unterschiedlicher Herkunft können die Lunge beeinflussen:

• Ansteckende Erkrankungen:
  • Pneumonie: Akute oder chronische Entzündung des Lungengewebes, allgemein bekannt als Lungenentzündung. Zu den Ursachen einer Lungenentzündung gehören bakterielle, virale oder Pilzinfektionen. In seltenen Fällen kann eine Lungenentzündung auch durch Toxin-Inhalation, durch immunologische Prozesse oder im Rahmen einer Strahlentherapie verursacht werden.
  • Tuberkulose: Eine durch Mycobacterium tuberculosis verursachte Infektionskrankheit, die normalerweise die Lunge befällt, aber auch andere Körperteile befallen kann. Tuberkulose breitet sich durch die Luft aus, wenn eine Person mit einer aktiven Lungeninfektion hustet oder niest. Die Diagnose wird mittels Sputumkultur und Lungenbildgebung gestellt. Die Behandlung erfolgt mit antimykobakteriellen Medikamenten.
  • COVID-19: Eine durch SARS-CoV-2 verursachte Infektionskrankheit, die hauptsächlich die Atemwege befällt, aber auch andere Organe schädigen kann. Die Coronavirus-Krankheit kann sich asymptomatisch als leichte „grippeähnliche“ Erkrankung oder schwer mit Kurzatmigkeit und lebensbedrohlichen Komplikationen entwickeln. Die Therapie basiert auf unterstützender Pflege.
• Maligne Erkrankungen:
  • Lungenkarzinom: Eine Erkrankung, die mit einer relativ hohen Letalität verbunden ist. Lungenkrebs ist weltweit die häufigste Todesursache bei Männern. Dieser bösartige Tumor stammt aus dem respiratorischen Epithel der Bronchien, Bronchiolen und Alveolen. Bei 90 % der Männer und 80 % der Frauen scheint ein Bronchialkarzinom mit dem Einatmen von Tabakrauch verbunden zu sein.
• Obstruktive Erkrankungen:
  • Asthma: Eine chronisch entzündliche Atemwegserkrankung, die durch bronchiale Hyperreagibilität und Atemwegsobstruktion gekennzeichnet ist. Asthma zeigt sich symptomatisch durch Keuchen, Husten und Dyspnoe. Die Diagnose wird durch Lungenfunktionstests bestätigt, die ein reversibles obstruktives Muster zeigen. Die Behandlung von Asthma erfolgt mit Bronchodilatatoren und inhalativen Kortikosteroiden.
  • Chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD): Eine Lungenerkrankung, die durch eine fortschreitende, irreversible Atemwegsobstruktion gekennzeichnet ist. Chronisch obstruktive Lungenerkrankung äußert sich mit fortschreitender Dyspnoe, chronischem Husten, verlängerter Ausatmung und pfeifendem Geräusch beim Atmen. Die Diagnose basiert auf Lungenfunktionstests. Die Behandlung umfasst Raucherentwöhnung, Lungenrehabilitation und Pharmakotherapie.
  • Emphysem: Ein Zustand, der durch eine Erweiterung der Atemwege mit verminderter Elastizität und erhöhter Compliance aufgrund der Zerstörung der Alveolarwände gekennzeichnet ist. Die häufigste Ursache für Emphyseme ist das Rauchen. Alpha-1-Antitrypsin-Mangel kann auch zur Entwicklung eines Emphysems führen.
  • Atelektase: Ein teilweiser oder vollständiger Kollaps eines Teils der Lunge, normalerweise als sekundäres Phänomen aufgrund von Erkrankungen, die eine Bronchialobstruktion, externe Kompression, Surfactant-Mangel oder Narbenbildung verursachen. Die Patient*innen sind oft asymptomatisch und die Diagnose wird durch Bildgebung gestellt. Die Therapie der Atelektase umfasst die Behandlung der zugrunde liegenden Ätiologie, Lungenexpansionsübungen und Brustphysiotherapie.
• Gefäß-Erkrankungen:
  • Lungenembolie: Eine potenziell tödliche intraluminale Obstruktion der Pulmonalarterie oder ihrer Äste durch eine Embolie. Das häufigste Symptom ist Dyspnoe. Die Diagnose einer Lungenembolie erfolgt durch Röntgenbildgebung. Die anfängliche Therapie ist unterstützend und konzentriert sich auf die Wiederherstellung der Sauerstoffversorgung und der hämodynamischen Stabilität.
  • Pulmonale Hypertonie: Eine Erkrankung, die mit einem erhöhten pulmonalarteriellen Druck verbunden ist und zu einer chronisch fortschreitenden Rechtsherzinsuffizienz führen kann. Pulmonale Hypertonie stellt sich als fortschreitende Dyspnoe dar und ist entweder primär vorhanden oder tritt aufgrund anderer Erkrankungen auf. Die Diagnose basiert auf Echokardiographie, EKG, Röntgenthorax und Lungenfunktionstests. Die Therapie zielt darauf ab, die zugrunde liegende Ätiologie zu behandeln.
  • Cor pulmonale: Rechtsventrikuläre Dysfunktion aufgrund einer Lungenerkrankung, die zu pulmonaler Hypertonie führt. Ein Cor pulmonale wird durch COPD verursacht. Dyspnoe ist das übliche Symptom, und es können Anzeichen einer Rechtsherzinsuffizienz und Hypoxämie beobachtet werden. Die meisten Patient*innen werden klinisch diagnostiziert. Die anfängliche Behandlung erfolgt durch eine Sauerstofftherapie und zielt darauf ab, die zugrunde liegende Erkrankung zu identifizieren.
• Interstitielle Erkrankungen:
  • Idiopathische Lungenfibrose: Eine spezifische Entität der wichtigsten Klassifikation der idiopathischen interstitiellen Pneumonie innerhalb der interstitiellen Lungenerkrankungen. Die idiopathische Lungenfibrose ist oft durch ihr schnelles Fortschreiten gekennzeichnet. Die durchschnittliche Lebenserwartung beträgt 3-4 Jahre ab Diagnosestellung. Die Lungentransplantation ist die einzige kurative Intervention.
  • Überempfindlichkeitspneumonitis: Eine immunologisch induzierte entzündliche Erkrankung, die durch wiederholte Inhalation eines Erregers verursacht wird und eine Überempfindlichkeitsreaktion vom Typ III und IV auslöst. Überempfindlichkeitspneumonitis äußert sich in Husten, Fieber und Unwohlsein. Die Diagnose wird durch hochauflösende CT-Scans und die Analyse der bronchoalveolären Lavage unterstützt. Die Behandlung erfolgt mit Steroiden und durch Vermeidung der Exposition gegenüber dem Erreger.
• Pneumothorax: Bei dem Pneumothorax handelt es sich um den Eintritt von Luft in den Pleuraspalt, wodurch lebensbedrohlichen Komplikationen wie der Spannungspneumothorax entstehen können. Durch den Eintritt der Luft zwischen die beiden Blätter der Pleura kommt es zur Aufhebung der Kapillarkräfte im Pleuraspalt, weswegen die Lunge nicht mehr den Thoraxbewegungen folgt und kollabiert. Mögliche Ursachen sind Traumata, aber auch Asthma Bronchiale, Lungenkarzinom oder Mukoviszidose können Auslöser sein. Die Therapie kann je nach Ursache konservativ, operativ oder interventionell erfolgen.