Anatomie & Physiologie des Atmungssystems: Von der Nase bis zu den Alveolen

Das Atmungssystem leitet Luft, konditioniert sie und führt den Gasaustausch durch. Es umfasst die Leitungszone (kein Gasaustausch) und die Atemzone (Gasaustausch).

Leitungszone (Atemwege)

1. Nase / Nasenhöhle: Erwärmt, befeuchtet, filtert (Vibrissen, Schleim, Flimmerhärchen). Olfaktion. Muscheln erhöhen Oberfläche.
2. Pharynx (Rachen): Nasopharynx (Adenoiden), Oropharynx (Mandeln), Laryngopharynx. Wird mit dem Verdauungstrakt geteilt.
3. Kehlkopf (Stimmkopf): Knorpel (Schildknorpel, Ringknorpel, Arytenoiden), Stimmlippen. Phonation, Atemwegsschutz (Hustenreflex, Epiglottis).
4. Luftröhre (Trachea): 10–12 cm, 16–20 C-förmige Knorpel (verhindert Kollaps), ausgekleidet mit pseudostratifiziertem flimmerhärchenbewetztem Säulenepithel (mukoziliäre Treppe).
5. Bronchien: Rechter Hauptbronchus (breiter, kürzer, vertikaler) → 3 Lappenbronchien → segmentale. Linker Hauptbronchus → 2 Lappenbronchien. Knorpelplatten ersetzen Ringe.
6. Bronchiolen: <1 mm, kein Knorpel, glatte Muskulatur (reguliert Luftstrom), flimmerhärchenbewetzt → terminale Bronchiolen (letzte Leitungsbronchiolen).

Atemzone (Gasaustausch)

• Respiratorische Bronchiolen: Alveolarknospen erscheinen; gewisser Gasaustausch.
• Alveolardukt → Alveolasäcke → Alveolen: ~300–500 Millionen Alveolen; Gesamtfläche ~70–100 m² (Tennisplatz).
• Alveolarwand: Typ-I-Pneumocyten (95 % Oberfläche, dünn für Diffusion), Typ-II-Pneumocyten (Surfactant – ↓ Oberflächenspannung), Alveolarmakrophagen (Staubzellen).
• Kapillarennetz: Dicht; Erythrozyten in Einzelreiße; Barrieredicke 0,2–0,5 µm.

Gasaustausch (Externe Respiration)

• O₂-Diffusion: Alveolärer pO₂ ~100 mmHg → Kapillärer pO₂ ~40 mmHg → bindet an Hämoglobin.
• CO₂-Diffusion: Kapillärer pCO₂ ~45 mmHg → Alveolärer pCO₂ ~40 mmHg → ausgeatmet.
• Treibkräfte: Teildruckgradienten (Ficksches Gesetz); perfusionslimitiert für O₂/CO₂.

Ventilationsmechanik

• Inspiration (aktiv): Zwerchfell kontrahiert (↓ Pleuraldruck), äußere Zwischenrippenmuskeln heben Rippen → ↑ Thoraxvolumen → Luft strömt ein.
• Exspiration (passiv in Ruhe): Elastischer Rückzug von Lunge/Thoraxkorb + Entspannung der Inspirationsmuskeln.
• Erzwungene Exspiration: Innere Zwischenrippenmuskeln, Bauchmuskeln.

Wichtige Volumina & Kapazitäten

• Tidalvolumen (TV): ~500 mL
• Inspiratorisches Reservevolumen (IRV): ~3000 mL
• Exspiratorisches Reservevolumen (ERV): ~1200 mL
• Residualvolumen (RV): ~1200 mL (kann nicht ausgeatmet werden)
• Vitalkapazität (VC) = IRV + TV + ERV ~4,8 L
• Gesamtlungenkapazität (TLC) = VC + RV ~6 L

Abwehrmechanismen

• Mukoziliäre Treppe (Flimmerhärchen schlagen 10–20 Hz → Schleim zum Rachen).
• Alveolarmakrophagen (Phagozytose).
• Sekretorisches IgA (Schleimhautimmunität).
• Hustenreflex (Reizrezeptoren).
• Surfactant (verhindert Kollaps, angeborene Immunproteine).

Effizienter Gasaustausch erfordert Anpassung von Ventilation (V) an Perfusion (Q) – V/Q-Anpassung. Krankheit stört dieses Gleichgewicht (Shunt, Toter Raum).