Lungenbläschen: Struktur, Funktion und Störungen der Lunge

Lungenbläschen sind ein wichtiger Teil des Atmungssystems, dessen Funktion es ist, Sauerstoff- und Kohlendioxidmoleküle in den Blutkreislauf und aus dem Blutkreislauf auszutauschen. Diese winzigen, ballonförmigen Luftsäcke sitzen ganz am Ende des Atmungsbaums und sind in Clustern in der gesamten Lunge angeordnet.

Struktur

Alveolen sind winzige ballonförmige Strukturen und stellen den kleinsten Durchgang im Atmungssystem dar. Die Lungenbläschen sind nur eine Zelle dick und ermöglichen den relativ einfachen Durchgang von Sauerstoff und Kohlendioxid (CO2) zwischen den Lungenbläschen und Blutgefäßen, den so genannten Kapillaren.

Zellen der Lungenbläschen

Die Lungenbläschen bestehen aus zwei verschiedenen Zelltypen, die unterschiedliche Funktionen haben:

• Typ-I-Pneumozyten sind die Zellen, die für den Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid verantwortlich sind.
• Typ-II-Pneumozyten erfüllen zwei wichtige Funktionen. Sie sind für die Reparatur von Schäden an der Alveolarauskleidung verantwortlich und sezernieren zudem Tensid.

Es gibt auch viele Immunzellen, die als Alveolarmakrophagen in den Lungenbläschen bekannt sind. Makrophagen sind im Wesentlichen die „Müllwagen“ des Immunsystems, und sie phagozytieren oder „fressen“ Trümmer, auf die sie stoßen. Sie sind dafür verantwortlich, alle Partikel, die nicht von den Flimmerhärchen oder dem Schleim in den oberen Atemwegen aufgefangen werden, sowie tote Zellen und Bakterien zu beseitigen.

Funktion

Die Lungenbläschen sind der Endpunkt des Atmungssystems, der beginnt, wenn wir Luft in den Mund oder die Nase einatmen. Die sauerstoffreiche Luft strömt die Luftröhre hinunter und gelangt dann über den rechten oder linken Bronchus in eine der beiden Lungenflügel. Von dort wird die Luft durch immer kleinere Gänge, Bronchiolen genannt, am Alveolarkanal vorbei geleitet, bis sie schließlich in eine einzelne Alveole gelangt.

Die Alveolen sind von einer als Surfactant bezeichneten Flüssigkeitsschicht ausgekleidet, die die Form und Oberflächenspannung des Luftsacks aufrechterhält. Durch die Aufrechterhaltung der Oberflächenspannung steht mehr Oberfläche zur Verfügung, durch die Sauerstoff- und CO2-Moleküle passieren können.

An dieser Verbindungsstelle diffundieren Sauerstoffmoleküle durch eine einzelne Zelle in einer Alveole und dann durch eine einzelne Zelle in einer Kapillare, um in den Blutkreislauf zu gelangen. Gleichzeitig diffundieren die Kohlendioxidmoleküle, ein Nebenprodukt der Zellatmung, zurück in die Alveole, wo sie durch die Nase oder den Mund aus dem Körper ausgestoßen werden.

Die Diffusion von Sauerstoff aus den Alveolen in die Kapillaren erfolgt, weil die Sauerstoffkonzentration in den Kapillaren geringer ist. In ähnlicher Weise diffundiert Kohlendioxid von den Kapillaren in die Lungenbläschen, wo die Kohlendioxidkonzentration niedriger ist.

Während der Inhalation dehnen sich die Alveolen aus, da der Unterdruck im Brustkorb durch Kontraktion des Zwerchfells entsteht. Während der Ausatmung ziehen sich die Lungenbläschen zurück (federn zurück), während sich das Zwerchfell entspannt.

Verwandte Bedingungen

Es gibt eine Reihe von Erkrankungen, die sich direkt auf die Alveolen (die wir als alveoläre Lungenerkrankungen bezeichnen) auswirken können. Diese Erkrankungen können dazu führen, dass sich die Alveolen entzünden und vernarben oder dass sie sich mit Wasser, Eiter oder Blut füllen.

Zusätzlich zu den Schäden, die durch Entzündungen oder Infektionen in den Lungenbläschen verursacht werden, hängt die ordnungsgemäße Funktion davon ab, dass der Körper ein Gleichgewicht zwischen Über- und Unterdruck in den Lungenbläschen aufrechterhält:

• Überdistanz: Das Vorhandensein eines gesunden bindegewebigen Stützsystems ist notwendig, um eine Überdehnung der Lungenbläschen zu verhindern. Ein Beispiel für eine Verletzung, die zu einer Überdehnung führen kann, ist die mechanische Beatmung (Atmung über ein Beatmungsgerät).
• Dysfunktion der Tenside: Surfactant verhindert, dass die Lungenbläschen zwischen den Atemzügen vollständig kollabieren. Um zu verstehen, warum dies wichtig ist, können Sie sich vorstellen, wie es leichter ist, einen teilweise aufgeblasenen Ballon aufzublasen als einen vollständig kollabierten Ballon aufzublasen. Medizinische Erkrankungen wie COPD, Atemnotsyndrom bei Säuglingen, Asthma, interstitielle Fibrose sowie einige genetische Erkrankungen können eine Dysfunktion der Tenside verursachen, die zum Kollaps der Alveolen führt.

Unter den Bedingungen, an denen die Lungenbläschen beteiligt sind:

Emphysem

Ein Emphysem ist eine Erkrankung, bei der die Entzündung in der Lunge eine Erweiterung und Zerstörung der Lungenbläschen verursacht. Zusätzlich zum Verlust der Alveolen beginnen sich die verbleibenden Zellwände der Luftsäcke zu verhärten und verlieren ihre Elastizität. Dadurch wird es schwierig, Luft aus den Lungen auszustoßen (ein Zustand, der als Lufteinschluss bezeichnet wird).

Lufteinschlüsse erklären, warum das Ausatmen statt des Einatmens bei Menschen mit Emphysem gewöhnlich schwieriger ist. Diese Unfähigkeit, Luft auszustoßen, führt zu einer weiteren Dilatation der Lungenbläschen und zu einem erhöhten Funktionsverlust.

Lungenentzündung

Eine Lungenentzündung ist eine Infektion, die die Lungenbläschen in einer oder beiden Lungenflügel entzündet und dazu führen kann, dass sich die Luftsäcke mit Eiter füllen.

Tuberkulose

Tuberkulose ist eine bakterielle Infektionskrankheit, die durch das Wachstum von Knötchen im Gewebe der Lunge gekennzeichnet ist. Die Krankheit infiziert in erster Linie die Lungenbläschen, wenn Bakterien eingeatmet werden, was zur Bildung von Eiter in den Luftsäcken führt.

Bronchioloalveoläres Karzinom (BAC)

Das bronchioloalveoläre Karzinom (BAC) ist eine Form des Lungenkrebses, die heute stattdessen als Subtyp des Lungenadenokarzinoms betrachtet wird. Diese Krebsarten beginnen

in den Lungenbläschen und werden oft diffus in einer oder beiden Lungen gefunden.

Im Gegensatz zu vielen Krebsarten, die sich über das Lymphsystem und/oder den Blutkreislauf in entfernte Regionen des Körpers ausbreiten, breitet sich BAK hauptsächlich über die Atemwege (aerogene Metastasen) in andere Regionen der Lunge aus.

Akutes Atemnotsyndrom (ARDS)

Das akute Atemnotsyndrom (ARDS) ist eine lebensbedrohliche Lungenerkrankung, die verhindert, dass Sauerstoff in die Lungen gelangt, wenn sich Flüssigkeiten in den Lungenbläschen ansammeln. ARDS kommt häufig bei kritisch kranken Patienten vor.

Atemnotsyndrom (RDS)

Das Respiratory-Distress-Syndrom (RDS) tritt bei Frühgeborenen auf, deren Körper noch nicht genügend Tenside produziert hat, um die Lungenbläschen auszukleiden, so dass weniger Oberfläche für den Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid zur Verfügung steht.

Lungenödem

Ein Lungenödem ist ein Zustand, der durch überschüssige Flüssigkeit in der Lunge verursacht wird, die sich in den Lungenbläschen sammelt und zu Atemstillstand führen kann.

Alveoläre Proteinose

Die pulmonale Alveolarproteinose ist eine seltene Erkrankung, bei der sich Proteine in den Lungenbläschen anreichern. Es handelt sich meist um eine Autoimmunerkrankung, die bei Erwachsenen im Alter von 20 bis 50 Jahren auftritt, aber auch als angeborene (von Geburt an) Erkrankung auftreten kann.

Rauchen

Als ein einziger Risikofaktor für Lungenerkrankungen ist bekannt, dass Tabakrauch die Atemwege auf allen Ebenen beeinträchtigt. Dazu gehören auch die Lungenbläschen.

Die Lungenbläschen bestehen aus Kollagen und Elastin, die den Bläschen ihre Elastizität verleihen. Rauchen schädigt diese beiden Stoffe und führt zu einer Verhärtung und Verdickung der Lungenbläschen. Rauchen erweitert zudem aktiv die Blutgefässe und behindert den Austausch von Sauerstoff und CO2.

Zigarettenrauch wirkt sich auch auf die Funktionsweise der Lungenbläschen aus und verursacht Schäden bis hinunter auf die molekulare Ebene. Er stört die Fähigkeit unseres Körpers, sich selbst zu reparieren, wie dies nach einer Infektion oder einem Trauma der Fall sein könnte. Die Alveolarschäden können daher ungehindert fortschreiten, da die Lungen anhaltend toxischen Dämpfen ausgesetzt sind.

Die Lungenbläschen stellen eine der wichtigsten Funktionen unseres Körpers dar. Sie sind das Tor, durch das Sauerstoff in unseren Blutkreislauf gelangt, und der wichtigste Weg, auf dem einige der Abfallprodukte des Stoffwechsels (Kohlendioxid) den Körper verlassen.

Krankheiten, die die Lungenbläschen befallen, können dazu führen, dass weniger Sauerstoff in die Gewebe unseres Körpers gelangt, was zu Schäden (aufgrund von Hypoxie) an allen wichtigen Organen führen kann.

Physiologie der Funktionsweise der Atmung

Artikel-Quellen (einige auf Englisch)

1. Knudsen, L., und M. Ochs. Die Mikromechanik der Lungenbläschen: Struktur und Funktion von Surfactant- und Gewebekomponenten. Histochemie und Zellbiologie. 2018. 150(6):661-676. doi:10.1007/s00418-018-1747-9

Zusätzliche Lektüre

• Hsia C, Hyde D, Weibel E. Lungenstruktur und die intrinsischen Herausforderungen des Gasaustauschs. Umfassende Physiologie. 2016. 6(2):827-895. doi:10.1002/cphy.c150028
• Knudsen L, Ochs M. Die Mikromechanik der Lungenbläschen: Struktur und Funktion von Surfactant- und Gewebekomponenten. Histochemie und Zellbiologie. 2018. 150(6):661-676. doi:10.1007/s00418-018-1747-9
• Trapnell BC, Nakata K, Bonella F, et al. pulmonale alveoläre Proteinose. Naturübersichten. Krankheits-Primer. 2019. 5(1):16. doi:10.1038/s41572-019-0066-3
• Kasper, Dennis L…, Anthony S. Fauci und Stephen L.. Hauser. Harrisons Grundsätze der Inneren Medizin. New York: Mc Graw Hill-Ausbildung, 2015. Drucken.