Die Atmung und die Aufbau der Lungen

Der Gasaustausch ist nicht einfach eine Frage von Ein- und Ausatmen, sondern in Wirklichkeit ein sehr komplizierter Vorgang. Jede Zelle braucht Sauerstoff zur Energiegewinnung. Natürlich hängt die Atmung mit Brustkorb, Lungen und Kreislauf, mit Sauerstoffaufnahme und Kohlendioxidabgabe zusammen. Aber auch jeder andere Körperbereich ist dabei beteiligt, denn die Energiefreisetzung erfolgt auf zellulärer Ebene. Ohne ausreichende Sauerstoffzufuhr können die chemischen Reaktionen, die für den lebenden Organismus charakteristisch sind, nicht ablaufen. Eine kontinuierliche Sauerstoffversorgung ist also lebenswichtig. Setzt sie aus, so wird der Mensch bewusstlos und stirbt. Die Körperoberfläche allein wäre zu klein, um genügend Sauerstoff für die vielen Millionen Zellen aufzunehmen. Deshalb sind höhere Tiere und Menschen mit einer zusätzlichen inneren Atemfläche, den Lungen, ausgestattet. Die Lungenoberfläche beträgt beim Erwachsenen ungefähr 90 Quadratmeter und ist damit etwa 40mal so groß wie die Körperoberfläche. Im Inneren der Lungen herrscht ein gleichmäßig-feuchtes Milieu. Gegen das Eindringen von Bakterien, Pilzen und anderen Mikroorganismen sind sie weitgehend geschützt. Die Wand der Lungenbläschen (Alveolen) ist dünn wie Seidenpapier und mit einem Netz feinster Kapillaren durchzogen. Hier wird Sauerstoff aus der Atemluft ins Blut aufgenommen und sofort an den Blutfarbstoff, das Hämoglobin, gebunden. Gleichzeitig gibt der Körper das Zellstoffwechselprodukt Kohlendioxid nach außen ab. Die Lungen wiegen etwa 1 kg und sind von schwammiger Konsistenz. Ihre bei der Geburt blassrosa Farbe verwandelt sich im Lauf des Lebens in Grau oder gar Schwarz. Vom Brustfell (Pleura) bedeckt, füllen sie den knöchernen Brustkorb (Thorax) aus. Ihre Form ist der des Brustkorbes angepasst. Die rechte Lunge besteht aus drei Lappen, während die kleinere linke Lunge dem Herzen Platz macht und nur in zwei Lappen unterteilt ist. Die Luft wird in Mund oder Nase gereinigt und angewärmt und dann über ein sich verzweigendes System von Röhren den Lungen zugeführt. Zuerst passiert sie den Rachenraum (Pharynx), dann den Kehlkopf (Larynx) und die Luftröhre (Trachea), die sich in die beiden Hauptbronchien teilt. Letztere verzweigen sich innerhalb der Lungen zunächst in Bronchien und schließlich in Bronchiolen, die sich abermals teilen und dann in die Lungenbläschen oder Alveolen münden. Wie die Lungen arbeiten
In den Lungenbläschen, die an winzige Trauben erinnern, findet der eigentliche Gasaustausch statt. Die Kapillaren (aus der Arteria pulmonalis) bilden ein dichtes Netzwerk um die Alveolen und bringen das verbrauchte Blut nahe an die Alveolarmembram heran. Um die Diffusion von Gasen zu erleichtern, produzieren die Lungenbläschen selbst eine Flüssigkeit, die die Oberflächenspannung herabsetzt. Das frisch mit Sauerstoff beladene Blut wird über die Lungenvene zum Herzen zurückgebracht und dann aufs Neue durch den Körper gepumpt, um die peripheren Zellen mit dem nötigen Sauerstoff zu versorgen. Wenn wir einatmen, erweitert sich der Thorax. Das geschieht einmal durch Zusammenziehen der Zwerchfellmuskulatur, die in entspanntem Zustand kupp eiförmig in den Brustraum hineinragt, und zum anderen durch Kontraktionen bestimmter Zwischenrippenmuskeln. Mit dem Brustkorb erweitern sich die Lungen, und es entsteht ein Unterdruck. Um diesen Unterdruck abzugleichen, wird Luft durch die Luftröhre angesaugt. Dann entspannen sich Zwerchfell- und Rippenmuskeln wieder, und Thorax und Lungen verkleinern sich entsprechend. Die Luft wird komprimiert und durch die Luftröhre ausgestoßen. Bei ruhiger Atmung (10-15 Atemzüge pro Minute) beträgt das Atemzugvolumen etwa 1/2 Liter. Nur 2/3 davon erreichen die Alveolen, der Rest füllt Bronchien und Bronchiolen. Auch bei der Ausatmung werden die Lungen nie vollständig entleert: Atmet man 1/2 Luft aus, so bleibt ein Residualvolumen von 1 bis 1/2 zurück. Sobald die Luft in die Lungenbläschen eingedrungen ist, diffundiert Sauerstoff ins Blut, während Kohlendioxid aus dem Blut aufgenommen wird. Dieser Gasaustausch hält unter anderem den physiologischen ph-Wert (Säuregrad) des Blutes aufrecht. Der ph-Wert seinerseits regelt Atemfrequenz und tiefe. Bei ungenügender Belüftung Reichert sich Kohlendioxid an, und das Blut wird sauer. Besondere Zellen – vorwiegend in der Medulla oblongata des Gehirns – registrieren diesen Wechsel und senden Signale aus, die die Atmung beschleunigen und vertiefen und so die Übersäuerung beseitigen. Die Reinigung der Luft
Die Atemwege sind zur Reinigung der aufgenommenen Luft besonders ausgestattet. Die Zilien, winzige Haare, die die Schleimhaut des Respirationstraktes bedecken, bewegen sich ständig hin und her und befördern Schleim, tote Zellen und Fremdstoffe in Richtung Rachenraum (wo er geschluckt und über den Verdauungstrakt ausgeschieden wird). Größere Partikel stimulieren die Schleimproduktion. Das überschüssige Sekret muss mitsamt den Fremdkörpern abgehustet werden. Der Hust und Niesreflex spielt eine wichtige Rolle in der Abwehr von Schadstoffen. Die zarten Lungenbläschen schließlich werden durch die sogenannten Phagozyten – weiße Blutkörperchen, die Staubteilchen und Bakterien »fressen« -sauber gehalten.