Atemwege: Aufbau und Funktion

Obere und untere Atemwege bilden zusammen das luftleitende System im Körper des Menschen. Im Zentrum steht dabei die Lunge, die dem Gasaustausch dient – schließlich müssen alle Zellen des Körpers mit Sauerstoff versorgt werden, während gleichzeitig angefallenes Kohlendioxid (CO₂) abgegeben werden muss.

Im Überblick:

• Obere Atemwege
• Lunge
• Fakten zur Atmung
• Lungenmikrobiom
• Darm-Lungen-Achse
• Mögliche Atemwegserkrankungen

Aufbau und Funktion der oberen Atemwege

Im Nasenrachenraum (Nasopharynx) wird die eingeatmete Luft mechanisch gereinigt, erwärmt und befeuchtet, bevor sie weitertransportiert wird. Die Schleimhäute bilden nicht nur ein Sekret, das Fremdkörper wie Staub abfängt, auch sind sie an der Infektabwehr beteiligt. Nase und Rachen sind Eintrittspforten für Keime: Immunzellen, die hier lokalisiert sind, kommen ständig in Kontakt mit Fremdkörpern und möglichen Krankheitserregern. Die Immunabwehr geschieht auf verschiedene Art und Weise. Die Schleimbildung in etwa dient dem mechanischen Ausspülen von Fremdkörpern oder wie bei Schnupfen von krankmachenden Erregern. Zudem sitzen auf der Nasenschleimhaut viele kleine Flimmerhärchen. Auch sie sind zuständig für den Abtransport von Schädlingen und Schmutzpartikeln.

Die Nasenatmung ist der Atmung durch den Mund vorzuziehen, da hier die Schutzfunktion besser greifen kann. Deshalb geht eine chronische Mundatmung mit einem erhöhten Risiko für Erkrankungen der Lunge einher.

Im Sekret der Nase und des Rachens finden sich zudem bestimmte Antikörper (Immunglobuline), die der Infektabwehr dienen. Bei häufigen Atemwegsinfektionen kann ein Labortest sinnvoll sein, bei dem die Menge an Immunglobulinen bestimmt wird.

An den Rachen schließt sich der Kehlkopf an, der die unteren Atemwege schützt und für die Stimmerzeugung wichtig ist. Die Stimmbänder bilden schließlich die Grenze zu den unteren Atemwegen. Sie beginnen mit dem Kehlkopf und setzen sich über die Luftröhre und die beiden Hauptbronchien in die Lunge fort.

Lunge: Zentrales Atmungsorgan

Am Kehlkopf befindet sich der Übergang von den oberen zu den unteren Atemwegen, deren Anfang die 10-12 Zentimeter lange Luftröhre bildet. Von hier aus strömt die Luft in die beiden Hauptbronchien, die von der Luftröhre abzweigen und den rechten sowie linken Lungenflügel mit Sauerstoff versorgen. Die Hauptbronchien münden in den sogenannten Bronchialbäumen, die ein sehr fein verzweigtes System kleinster, röhrenartiger Gefäße darstellen, die in etwa 300 Millionen kleiner Lungenbläschen (Alveolen) enden.

Diese "Mini-Luftballons" haben einen Durchmesser von 0,2-0,3 Millimeter. Ihre Wände sind von einem feinen Netz kleinster Blutgefäße (Kapillaren) durchzogen, die einen raschen Austausch der Atemgase ermöglichen, ohne dass das Blut in direkten Kontakt mit der Luft kommt: Beim Einatmen füllen sich die Lungenbläschen und der Sauerstoff tritt ins Blut über. Gleichzeitig kann das Kohlendioxid aus dem Blut in die Lungenbläschen gelangen und ausgeatmet werden. Dank der enormen Oberfläche der unzähligen Lungenbläschen geht dieser Gasaustausch sehr schnell vonstatten.

Die Atembewegungen

Das Einatmen wird durch die Bewegung des Brustkorbs gesteuert, der die Lunge gleichzeitig schützt. Durch ein Zusammenspiel verschiedener Muskeln – zu den wichtigsten gehören die Zwischenrippenmuskeln und das Zwerchfell – kommt es zu einer aktiven Dehnung des Brustkorbes. Die Lunge weitet sich, wodurch in ihren Hohlräumen ein Unterdruck entsteht – die Umgebungsluft wird eingesaugt, man atmet ein. Das Ausatmen erfolgt zunächst passiv: Die angespannten Muskeln entspannen, der Brustkorb fällt ein, die Lunge wird zusammengedrückt und die Luft strömt wieder aus. Werden zusätzlich die Bauchmuskeln angespannt, unterstützen sie das Ausatmen der Luft aktiv.

Reinigungsfunktion der Bronchien

Neben der Nase übernehmen auch die Bronchien eine wichtige Abwehrfunktion. Ständig müssen sie sich gegen schädliche Stoffe wehren. Dies gelingt, weil ihre innere Zellschicht spezielle Drüsen zur Befeuchtung der Atemluft und zur Sekretion von Schleim (Mucus) enthält. Gelangen Staubpartikel oder Schmutz über die Luft in die unteren Atemwege, werden sie von dem Schleim gebunden. Den Rücktransport nach draußen übernehmen unzählige kleine Flimmerhärchen, die in der Schleimhaut sitzen und etwa 1.000-mal pro Minute schlagen. Den Schleim und die gebundenen Fremdstoffe hustet man ab oder verschluckt sie unbemerkt.

Die Atmung in Zahlen

Die Atmung ist essenziell für alle Körperfunktionen, schon nach wenigen Sekunden ohne Sauerstoff im Gehirn kann die Bewusstlosigkeit eintreten, nach wenigen Minuten irreparable Schäden und der Tod. Zwischen 10.000 und 20.000 Litern Luft werden täglich ein- und wieder ausgeatmet. Das entspricht ungefähr einem halben Liter Luft pro Atemzug. In Ruhe atmet ein erwachsener Mensch zirka 20 Mal pro Minute ein und aus, Neugeborene sogar bis zu 40 Mal. Die Atmenfrequenz steigt bei körperlicher Belastung deutlich an, die Zellen benötigen dann mehr Sauerstoff.

Mikrobiom der Lunge

Früher ging die Wissenschaft davon aus, dass die Lunge steril ist, also keine Bakterien oder andere nützliche Mikroorganismen dort leben. Inzwischen weiß man, dass das falsch ist: Wie der Darm oder die Haut, hat auch die Lunge ein Mikrobiom. Auch wenn die Lunge deutlich weniger dicht besiedelt ist als der Darm, übernimmt die Lungenflora einige schützende Funktionen:

• Reinigung: Mikroorganismen in der Lunge können Schadstoffe aufnehmen und reinigen so die Lunge.

• Hemmung von schädlichen Keimen: Ist ein Gewebe schon besiedelt, können sich schädliche Erreger schlechter vermehren und ausbreiten.

• Unterstützung des Immunsystems: Ein intaktes Mikrobiom hilft dem Immunsystem, zwischen schädlichen und nützlichen Keimen zu unterscheiden.

Darm-Lungen-Achse: So schützt der Darm die Lunge

Studien zeigen, dass Menschen, die auf einem Bauernhof aufgewachsen sind, signifikant seltener an Asthma und Allergien leiden. Die Forschung gibt Hinweise darauf, dass eine veränderte Darmflora ursächlich für den schützenden Effekt ist.

Darm und Lunge sind eng miteinander verbunden. Über das Blut und Lymphflüssigkeit kann ein Austausch stattfinden: Nützliche Darmbakterien stellen entzündungshemmende Substanzen her, die über diesen Weg auch in der Lunge wirksam sind. So kann der Darm die Lunge in der Infektabwehr unterstützen und sogar bei bestehenden Atemwegsinfekten Beschwerden lindern.

Was ist Asthma? Entzündungsreaktion mit schwerwiegenden Folgen

Beim Asthma reagiert die Bronchialschleimhaut häufig auf bestimmte Reize, etwa Allergene, mit einer Entzündungsreaktion: Abwehrzellen wandern ein und schütten spezielle Substanzen aus. Die fehlgeleitete Immunreaktion hat im Wesentlichen drei Folgen: Die mittleren und kleinen Luftwege verkrampfen, die Schleimhäute schwellen an und die Drüsen produzieren sehr viel zähflüssigen Schleim. Dies behindert zunächst besonders das Ausatmen, weil in dieser Situation die Atemwege von vornherein enger sind. Der*die Betroffene bemerkt es, weil er*sie Probleme beim Ausatmen hat und gegebenenfalls Atemgeräusche vernimmt. Häufig liegt auch ein Reizhusten vor. In schweren Fällen kann es zu einer massiven Atemnot kommen.

Akute und chronische Atemwegserkrankungen

Es gibt vielfältige Erkrankungen der oberen und unteren Atemwege, die harmlos bis schwerwiegend sein können – von einer akuten Bronchitis, die normalerweise innerhalb weniger Tage von selbst heilt bis hin zum lebensbedrohlichen Lungenkrebs.

• Akute Bronchitis
• Asthma
• Bronchiektasen
• COPD
• Kehlkopfentzündung
• Keuchhusten
• Lungenabszess
• Lungenembolie
• Lungenentzündung
• Lungenfibrose
• Lungenhochdruck
• Lungenkrebs
• Lungenödem
• Mukoviszidose
• Tuberkulose