Luft reist durch ein präzise strukturiertes Leitungssystem, um die Gasaustauschoberfläche zu erreichen. Jeder Segment konditioniert die Luft und reguliert den Fluss.
Die Leitungszone (Kein Gasaustausch)
- Nase/Nasenhöhle: Erwärmt, befeuchtet, filtert (Vibrissen, Schleim, Flimmerhärchen). Olfaktion. Nasenwiderstand = 50 % des gesamten Atemwegswiderstands.
- Pharynx (Rachen): Wird mit dem Verdauungstrakt geteilt. Nasopharynx, Oropharynx, Laryngopharynx.
- Kehlkopf (Stimmkopf): Epiglottis schützt die Atemwege beim Schlucken. Stimmbänder (Phonation).
- Luftröhre (Windpipe): 10–12 cm, C-förmige Knorpelringe (verhindern Kollaps), ausgekleidet mit pseudostratifiziertem ziliärem Epithel + Becherzellen (Mukoziliarer Aufzug).
- Carina: Trachealgabelung auf T4/T5 → rechte und linke Hauptbronchien. Rechtes Bronchien ist breiter, kürzer, vertikaler → aspirierte Gegenstände gelangen eher in die rechte Lunge.
- Bronchien (Generationen 1–~16): Progressiv kleiner, Knorpelplatten ersetzen Ringe, glatte Muskulatur nimmt zu. Leiten Luft; kein Gasaustausch.
Die Respirationszone (Gasaustausch beginnt)
- Bronchiolen (Generationen ~17–19): Kein Knorpel. Durchmesser <1 mm. Glattmuskelreich → regulieren Luftstrom (Bronchokonstriktion/-dilation). Terminale Bronchiolen = letzte rein leitende Generation.
- Respiratorische Bronchiolen: Erste Alveolen knospen von den Wänden → Gasaustausch beginnt.
- Alveolarduktus & -säcke: Cluster von Alveolen.
- Alveolen (Generationen 20–23): ~300–500 Millionen pro Lunge. Struktur: Einzellag von Typ-I-Pneumozyten (95 % Oberfläche, Gasaustausch) + Typ-II-Pneumozyten (Surfactant-Sekretion). Umgeben von dichtem Kapillarenetz. Luft-Blut-Barriere: ~0,5 µm (Typ-I-Zelle + verschmolzene Basalmembran + Kapillarenendothel).
Gasaustausch: Diffusion
Getrieben durch Teildruckgradienten (Fick's Gesetz):
- O₂: Alveolärer PₐO₂ (~100 mmHg) > Kapillärer PcO₂ (~40 mmHg) → O₂ diffundiert ins Blut → bindet Hämoglobin
- CO₂: Kapillärer PcCO₂ (~45 mmHg) > Alveolärer PₐCO₂ (~40 mmHg) → CO₂ diffundiert aus → ausgeatmet
Keine Klappen kontrollieren den Luftstrom. Strömung ist Massenstrom (Druckgradient) in der Leitungszone; Diffusion in der Respirationszone.
Ventilationsmechanik
- Inspiration: Zwerchfell kontrahiert (↓ Pleuraldruck) + äußere Zwischenrippenmuskulatur hebt Rippen → Lungenvolumen ↑ → Alveolardruck < Atmosphärendruck → Luft strömt ein
- Exspiration: Passiv (elastischer Rückzug) in Ruhe; aktiv (innere Zwischenrippenmuskulatur, Bauchmuskeln) während Bewegung
Der Atembaum ist ein Meisterwerk fraktaler Verzweigung – maximiert Oberfläche (~70 m²) für Diffusion und minimiert dabei Totraum und Atmungsarbeit.
