Neben dem Darm und der Haut ist die Lunge ein weiteres Organ mit direkter Kontaktfläche zur Außenwelt. Ihr Sinn und Zweck ist unsere Existenzgrundlage: der Gasaustausch durch Diffusion. Um diese Meisterleistung in jeder Sekunde erbringen zu können, benötigt sie ein Transportsystem für die Abgase und die Frischluft. Genauso wichtig sind ein Raum, in dem die Wände dünn genug für die Gasdiffusion sind und ein Transportdienst für die Gase in chemisch gebundener Form. Da Histologen immer genau hinsehen, dürfen auch Sie jetzt ganz genau nachlesen, wie diese Aufgabe von den einzelnen Strukturen bewältigt wird – einfach atemberaubend!

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Die Lunge des Menschen.

Bild:“ The Lung Pleurea“ von OpenStax College. Lizenz: (CC BY 3.0)


Allgemeine Bauprinzipien der Atemwege

Die oberen Atemwege des Menschen

Bild: „Conducting passages of the human respiratory system“ von Lord Akryl. Lizenz (Public Domain)

Die Atemwege sind von einer charakteristischen Schleimhaut ausgekleidet und werden durch Verstärkungen in der Wand offen gehalten. Die oberen Atemwege (Nasenhöhle und Rachen) sind von Knochen umgeben, die Wand der unteren tiefen Atemwege enthält ein Stützgerüst aus Knorpel.

Die Schleimhaut (Tunica mucosa) besteht aus der Lamina epithelialis, der bindegewebigen Lamina propria und trägt das charakteristische respiratorische Epithel: mehrreihig hochprismatisches Flimmerepithel mit Becherzellen.

Lage und Aufbau der Trachea und Hauptbronchien

Unter der Glottis beginnen die unteren Luftwege. Die Trachea (Luftröhre) erstreckt sich als langes Rohr vom Larynx (Kehlkopf) bis zu ihrer Aufzweigung (Bifurkation) auf Höhe des 4./5. Brustwirbels in die zwei Hauptbronchien. Der rechte Hauptbronchus (Bronchus principalis dexter) versorgt den rechten Lungenflügel mit seinen drei Lungenlappen, der linke Hauptbronchus (Bronchus principalis sinister) versorgt den linken Lungenflügel mit seinen zwei Lungenlappen. Insgesamt teilen sich die Bronchien 23 Mal in immer kleiner werdende Verzweigungen bis hin zu den Alveolen.

Die Trachea gliedert sich in einen Hals- und einen Brustabschnitt und liegt ventral der Speiseröhre  (Ösophagus).

Hauptbronchie und Trachea besitzen ein Stützgerüst aus 16-20 C-förmigen bzw. hufeisenförmigen hyalinen Knorpelspangen. Die nach dorsal gerichtete offene Spangenseite wird durch die Paries membranaceus, einer bindegewebigen Wand mit eingelagerter transversal verlaufender Muskulatur, verschlossen. Die Knorpelspangen sind in Längsrichtung durch die Ligg. anularia miteinander verbunden.

Der gesamte Stützapparat wird als Tunica fibro-musculo-cartilaginea bezeichnet.

Merke: Der Aufbau der Trachea ist relativ simpel, wenn man sich den dreischichtigen Wandaufbau klarmacht!

Mikroskopischer Aufbau der Trachea

Die Wand der Trachea besteht aus drei Schichten.

Anatomie der Trachea

Bild: „Traecha“ von BruceBlaus. Lizenz: (CC BY 3.0)

1. Schicht der Trachea:

Tunica mucosa: Die innere Schleimhautschicht trägt respiratorisches Epithel (mit Ausnahme der Bifurkation: hier unverhorntes mehrschichtiges Plattenepithel). In der Lamina propria liegen seromuköse Drüsen (Glandulae tracheales). Die Mukosa ist reich an afferenten Nervenfasern (Hustenreflex).

2. Schicht der Trachea:

Tunica fibromusculocartilaginea: Die prominenteste Struktur dieser Schicht ist die hyaline  Knorpelspange („-cartilagines“), welche ein kräftiges Perichondrium besitzt. Die dorsal offene Spange wird durch den quer verlaufenden M. trachealis („-musculo-„) im Paries membranaceus verschlossen, der am Perichondrium befestigt ist. Die feste Querverspannung des Muskels erzeugt bei Kontraktion eine Kaliberveränderung der Trachea.

Durch die Ligg. anularia sind die Knorpelspangen untereinander verbunden („fibro-„). In dieser Schicht sind zudem besonders viele längs orientierte elastische Fasern eingelagert. Dadurch sind Trachea und Hauptbronchien längs-elastische Rohre, die sich den Bewegungen der Umgebung anpassen können.

3. Schicht der Trachea:

Tunica adventitia: Diese lockere Bindegewebsschicht vermittelt zum einen den Anschluss an die Umgebung und ermöglicht zum anderen eine Verschiebung der Trachea beim Schlucken und Husten.

Ausflug in die Klinik: Tracheomalazie

Eine vergrößerte Schilddrüse (Struma) kann zu einer Einengung der Trachea führen. In der Folge kann sich eine Tracheomalazie ausbilden, welche gekennzeichnet ist durch eine Erweichung der Knorpelspangen und einem daraus folgenden drastischen Stabilitätsverlust.

Merke: Extrapulmonalen Luftwegen (Trachea und  Hauptbronchien) und anderen Hohlorganen histologisch zu verwechseln ist nahezu  unmöglich, wenn folgende Punkte beachtet werden: Makroskopie (Knorpelspangen) und Fast überall respiratorisches Epithel und seromuköse Drüsen

Diese Kombination gibt es in anderen Hohlorganen nicht!

Die Lunge des menschlichen Körpers

Bild:“ The Lung Pleurea“ von OpenStax College. Lizenz: (CC BY 3.0)

Allgemeine Vorbemerkung

Die Lunge liegt in der Pleurahöhle. Die Lungenlappen sind mit der Pleura visceralis (Pleura pulmonalis; Lungenfell) überzogen, die in Kontakt mit der Pleura parietalis (Brustfell) stehen. Die physiologische Haftung besteht darin, dass sich zwischen den serösen Häuten im Pleuraspalt ein Flüssigkeitsfilm befindet. Dieser hält die beiden Pleurablätter durch kapilläre Adhäsion zusammen. So kann sich die Lungenoberfläche zwar gegen die Thoraxwände verschieben, sich aber nicht von ihnen trennen. Sie muss allen Bewegungen folgen. Man spricht davon, dass die Lunge durch die Pleurablätter „aufgehängt“ ist.

Die Lunge hat aufgrund vieler elastischer Fasern die Tendenz sich zusammenzuziehen. Diese stehen ständig unter Zug und würden die Lunge auf ein faustgroßes Gebilde zusammenschnurren lassen, wenn die Haftung zwischen Lungenoberfläche und Thoraxwänden entfällt (Pneumothorax; Kollaps bis auf das Minimalvolumen).

Im Wesentlichen besteht die Lunge aus den Verzweigungen des Bronchialbaumes bis hin zu den Lungenbläschen (Alveolen, Endabschnitte des Bronchialbaumes) und den Ästen der Lungenarterien und –venen. Diese liegen nun intrapulmonal (obere Atemwege sowie Trachea und Hauptbronchien liegen extrapulmonal).

Die Verzweigung der Bronchien folgt einem dichotomen Verzweigungsmuster, d.h. dass sich aus einem großen Zweig zwei kleinere Tochterzweige ergeben. Von der Trachea bis zu den Alveolen der menschlichen Lunge werden 21-23 Verzweigungen geschätzt. Davon entfallen ca. 15 auf den rein konduktiven (luftleitenden) Teil, die restlichen auf die Bronchioli respiratorii und Ductus alveolares, dem gasaustauschendem Teil.

Die Hauptbronchien teilen sich nach Eintritt in die Lunge in Lappenbronchien (Bronchi lobares; rechts drei, links zwei) und liegen noch extrapulmonal.

Die Lappenbronchien teilen sich anschließend intrapulmonal dichotom in Segmentbronchien (Bronchi segmentales) auf. Die weitere Verzweigung erfolgt ab hier oft irregulär dichotom: Aus einem Zweig entstehen zwei ungleiche Zweige, von denen der eine stärkere eher die alte Richtung beibehält, während der andere mehr abbiegt und seine weiteren Zweige auch im Bogen zurückwenden kann (dadurch ist eine Unterbringung von terminalen Verzweigungen und Alveolen auch in zentralen Lungenbereichen möglich).

Die Segmentbronchien verzweigen sich in mittlere und kleine Bronchien. Die kleinen Bronchien gehen in die Bronchioli terminalis und weiter in die Bronchioli respiratorii über. Danach schließen sich dann Ductus alveolares und Alveolen an.

Hier eine zusammenfassende Übersicht zu den Verzweigungen des Bronchialbaumes:

  • Segmentbronchien
  • Bronchien
  • Bronchiolen
  • Bronchioli terminalis
  • Bronchioli respiratorii
  • Ductus und Sacculus alveolares

Wandaufbau der intrapulmonalen Luftwege

Bronchial Anatomie - Detail der Alveolen und Lungenkreislauf

Bild: „Bronchial anatomy detail of alveoli and lung circulation“ von Patrick J. Lynch. Lizenz: (CC BY 2.5)

Bronchien und Segmentbronchien

Der wichtigste Unterschied zur Trachea sind die anstelle der hufeisenförmigen hyalinen Knorpelspangen die unregelmäßig geformten Knorpelplatten. Zudem ist einen Paries membranaceus nicht mehr zu erkennen. Muskelzellen sind zirkulär angeordnet. Folgende Schichten enthält die Wand:

Tunica mucosa: Die Schleimhaut setzt sich aus respiratorischem Epithel und der Lamina propria mit eingelagerten seromukösen Bronchialdrüsen (Glandulae bronchiales) und Becherzellen zusammen.  Elastische Fasern, freie Zellen der Immunabwehr und ein kontinuierlicher Mantel aus glatter Muskulatur sind im histologischen Präparat ebenfalls zu erkennen.

Tunica fibromusculocartilaginea: Das Stützgerüst wird aus unregelmäßigen hyalinen Knorpelplatten, glatter Muskulatur und Bindegewebe gebildet. In den kleinen Bronchien können sich auch kleine elastische Knorpelstücke befinden. Die unregelmäßigen Knorpelstücke liegen außen, die kontinuierliche ringförmige Muskelzellschicht (Tunica muscularis) befindet sich innen. Zwischen den Knorpelstücken liegen seromuköse Drüsen. Sie synthetisieren Muzine für den epithelbedeckenden Schleimteppich. Zudem sezernieren sie antibakterielle Stoffe, IgA sowie Proteasehemmer zur Inaktivierung gewebsschädigender Proteasen, die von Abwehrzellen freigesetzt werden.

Tunica adventitia: Das lockere peribronchiale Bindegewebe stellt ein Kontinuum dar, welches die Zweige des Bronchialbaums von der Einmündung (Hilum) bis zu den Bronchioli begleitet. Hier verlaufen die Vasa privata des Bronchialbaumes, Lymphgefäße und Nerven.

Bronchioli (auch „Bronchiolen“)

Im Gegensatz zu den Bronchien unterscheiden sie sich im Wesentlichen dadurch, dass Knorpelstücke und Drüsen nicht (!) vorhanden sind.

Tunica muscosa: Die Schleimhaut trägt ein einschichtiges meist isoprismatisches Flimmerepithel ohne Becherzellen. Charakteristisch für das Querschnittsbild eines Bronchiolus ist ein sternförmiges Lumen mit einem Durchmesser von unter 1 mm.

Tunica adventitia: Das peribronchiale Bindegewebe ist mit elastischen Fasern der umliegenden Alveolarwände indirekt mit der Lungenoberfläche sowie den interlobulären und intersegmentalen Bindegewebssepten verbunden. Dadurch wird ein radiärer Zug auf die Bronchiolen ausgeübt, der sie offen hält und vor dem Kollaps schützt. Das fehlende knorpelhaltige Stützgerüst kann somit kompensiert werden.

Bronchioli terminalis

Die Endaufzweigungen der Bronchioli stellen das Ende der konduktiven (luftleitenden) Atemwege dar. Das Epithel enthält sekretorische zilienlose Zellen, die CLARA-Zellen. Diese wölben sich kolbenförmig ins Lumen vor. Ihr apikal enthaltenes Sekretgranula besteht aus Proteinen, die im Dienst der natürlichen Abwehr stehen: die Surfactant Proteine SP-A und SP-D sowie das CLARA-Zell-Protein CC 10 (Clara cell 10 kDa protein).

Diese Proteine vermindern durch ihre antimikrobielle Wirkungsweise gewebsschädigende Entzündungsreaktionen. SP-A und SP-D wirken zudem als Opsonine, wodurch Abwehrzellen die Phagozytose von Krankheitserregern erleichtert wird. CLARA-Zellen gelten auch als Reserve für Zellersatz in den distalen Luftwegen.

Als Azinus bezeichnet man alle folgenden Lufträume, die von einem Bronchiolus terminalis abgehen.

Bronchioli respiratorii

Der gasaustauschenden Abschnitt des Bronchialbaumes beginnt genau hier. Ihre Wand ist lückenhaft und enthält eingelagerten Alveolen.

Ductus und Sacculus alveolares

Ductus alveolares und Sacculi alveolares sind die Vorräume der Alveolen. Die Eingänge zu den Alveolen sind durch einen Ring aus glatter Muskulatur, kollagenen und elastischen Fasern verstärkt.

Das einschichtig isoprismatische Epithel trägt keine Kinozilien, es sind CLARA-Zellen zu entdecken.

Merke: Besonders beliebt in Prüfungen ist der Unterschied im Aufbau von Bronchien und Bronchioli!

Gasaustausch in den Alveolen

Alveolen sind mit Luft gefüllte polygonale Räume, die durch dünne Wände (Interalveolarsepten) voneinander getrennt sind. Die Alveolarwände, d.h. die Interalveolarsepten, sind die Strukturen in denen der Gasaustausch durch Diffusion stattfindet.

Kollagene, Fibrozyten und elastische Fasern, die für die Retraktionskraft der Lunge verantwortlich sind, bilden das Bindegewebsgerüst der Interalveolarsepten. In den Alveolarsepten sind ausgedehnte Kapillarnetzte anzutreffen. Die Basallamina des Kapillarendothels und die Basallamina der Alveolarepithelzellen sind miteinander verschmolzen. Beide Strukturen haben also eine gemeinsame Basallamina.

Auf beiden Seiten der Interalveolarsepten liegt eine dünne Epithelbedeckung aus dünnen plattenartigen Zytoplasmaausläufern der Alveolarepithelzellen (Pneumozyten) Typ I, auch Deckzellen genannt. Sie haben einen großflächigen dünnen Zellleib, mit dem sie die Kapillaren überziehen (Blut-Luft-Schranke) und den größten Teil (ca. 95%) der Alveole austapezieren.

In den Nischen zwischen den flachen Typ I Zellen, wo sie den Gasaustausch wenig stören, liegen größere kubische Alveolarepithelzellen (Pneumozyten) Typ II. Sie enthalten viele Organellen und Lamellenkörperchen. Sie produzieren und sezernieren den Surfactant. Typ II Zellen bilden Ersatz für Typ I Zellen.

Alle Fortsätze benachbarter Alveolarepithelzellen sind durch Tight Junctions miteinander verbunden. Tight Junctions sind die wichtigste Barriere gegen das Eindringen von Gewebsflüssigkeit aus dem Interstitium in die Alveolen. Das Alveolarepithel ist nicht direkt der Luft ausgesetzt sondern von einem Flüssigkeitsfilm bedeckt, dessen Oberflächenspannung durch den Surfactant herabgesetzt wird.

Die Strukturen der Atemzone

Bild: Structures of the Respiratory Zone von philschatz. Lizenz: (CC BY 4.0)

Blut-Luft-Schranke

Im Bereich der Blut-Luft-Schranke besteht ein sehr enger Kontakt zwischen Alveole und Kapillare.

Anatomisch besteht sie an der dünnsten Stelle aus folgenden Strukturen (von der Alveole zur Kapillare):

  • Surfactant-Film
  • dünnem Fortsatz der Alveolarepithelzelle Typ I
  • verschmolzene Basalmembranen von Kapillarendothel und Alveolarepithel
  • Endothelzelle (vom geschlossenen Typ)

Die Dicke dieser Gewebeschranke beträgt in der menschlichen Lunge nur 0,6µm und ist damit für die Atemgase sehr kurz. Die Diffusionsstrecke zwischen Alveolarluft und Erythrozyt ist mit 1,1 µm etwas länger, weil außer den anatomischen Strukturen noch der Flüssigkeitsfilm auf dem Alveolarepithel und das Blutplasma durchlaufen werden müssen.

Ausflug in die Klinik: Lungenödem

Interstitiellen und alveolären Lungenödems mit kleinen Pleuraergüsse auf beiden Seiten

Bild: „Interstitial and alveolar pulmonary edema with small pleural effusions on both sides“ von James Heilman. Lizenz: (CC BY-SA 3.0)

Auch volkssprachlich als „Wasser in der Lunge“ bekannt, handelt es sich bei einem Lungenödem um eine akute Erkrankung, bei der sich Flüssigkeit im Bindegewebe und den Alveolen der Lunge ansammelt. Ein Druckanstieg in den Kapillaren kann durch ein Pumpversagen des Herzens und damit Rückstau in den Lungenkreislauf verursacht werden. Die Flüssigkeitsansammlung im Bindegewebe (und damit in der Blut-Luft-Schranke) führt zu einer Behinderung der Diffusion, also des Gasaustausches. Es kommt zum Übertritt von Flüssigkeit in die Alveolen.

Der Surfactant – SURFace-ACTive-AgeNT

Ohne diesen Faktor wäre die Oberflächenspannung an der Wasser/Luft-Grenze so hoch, dass die Alveolen bei Exspiration kollabieren würden und sich nicht wieder entfalten ließen (Atelektase=nicht entfaltete Alveole). Grund genug sich diesen Stoff genauer anzusehen:

Der Antiatelektasefaktor besteht zum überwiegenden Teil zu 90% aus Phospholipiden (Dipalmitoyl-Phosphatidylcholin=Lecithin) und zu 10% aus Surfactant Proteinen. Die Phospholipide vermindern die Oberflächenspannung des Flüssigkeitsfilms an der Alveolarepitheloberfläche. Surfactant wird von den Pneumozyten Typ II produziert und sezerniert und in Speicherorganellen (Lamellenkörperchen) auf Vorrat gelagert.

Aufgrund des amphiphilen Charakters der Phospholipide verteilen sie sich nach Exozytose aus den Typ II Zellen als monomolekulare Schicht an der Wasser/Luft-Grenze. Ein großer Teil des Surfactants wird mehrfach verwendet (Rezirkulation: Aufnahme und erneute Ausschüttung durch Typ II Zellen), ein Teil von Alveolarmakrophagen beseitigt.

Beliebte Prüfungsfragen zu den Atemwegen

Die Lösungen befinden sich unterhalb der Quellenangaben.

1. Ordnen Sie seromuköse Drüsen dem Lokalisationsort im Bronchialbaumsystem zu:

  1. Segmentbronchien
  2. Bronchioli terminalis
  3. Trachea
  4. Bronchioli respiratorii
  5. Hauptbronchien

 2. Für die Funktion der Lunge ist es wichtig, dass die im Lungen-Interstitium vorhandene, den Blutkapillaren entstammende Gewebsflüssigkeit nicht ungehindert in den Luftraum der Alveolen eindringt. Von welcher Struktur wird diese Barriere gebildet?

  1. Vom verhornten Plattenepithel
  2. Vom Atelektasefaktor
  3. Von den Zonulae occludentes zwischen Alveolarepithelzellen
  4. Von den Pneumozyten Typ II
  5. Von der Basalmembran

 3. Wandbestandteil von Bronchioli respoiratorii ist/sind:

  1. Mehrreihiges Epithel
  2. Becherzellen
  3. Elastische Fasern
  4. Knorpel
  5. Glandulae bronchialis

 4. Bei einer Biopsie aus einem Segmentbronchus entdecken Sie verhorntes Plattenepithel. Was stellen Sie aufgrund dieser Beobachtung fest?

  1. Epithelatrophie aufgrund chemischer Noxen
  2. Minderdurchblutung
  3. Der Befund ist normal
  4. Metaplasie
  5. Hypotrophie

Quellen

Taschenlehrbuch Histologie (Renate Lüllmann-Rauch), Thieme Verlag

Kurzlehrbuch Histologien (Norbert Ulfig), Thieme Verlag

Endspurt- die Skripte fürs Physikum Histologie, Thieme Verlag

MEDI-LEARN Skriptenreihe (Ulrike Bommas Ebert, Maximilian Drewes) Histologie 2, MEDI-LEARN

Richtige Antworten: 1A; 2C; 3C; 4D

 

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Ein Gedanke zu „Atemwege: Histologie von Trachea und Lunge

  • Kruse- Andreasson

    Super Beschreibung. Genial für den Unterrichtseinsatz.
    Vielen Dank!!!