Die Architektur des Atmens

Wenn wir tief einatmen, geschieht das meist unbewusst. Doch hinter diesem schlichten Vorgang verbirgt sich eine der beeindruckendsten Ingenieursleistungen der Evolution. Die Lunge ist weit mehr als nur ein elastischer Sack, der Luft aufnimmt; sie ist ein hochgradig spezialisiertes Grenzorgan, das die Außenwelt in unser Innerstes lässt. Mit einer inneren Oberfläche, die je nach Körperbau zwischen 80 und 140 Quadratmetern liegt – was grob der Fläche eines halben Tennisplatzes entspricht –, bewältigt sie den ständigen Austausch von Gasen. Jeden Tag strömen rund 12.000 Liter Luft durch dieses System. Um diese gewaltige Menge effizient zu verarbeiten, ohne dass der Körper dabei massiv an Feuchtigkeit oder Wärme verliert, bedarf es einer komplexen Anatomie, die bis in den mikroskopischen Bereich hinein perfekt durchorganisiert ist.

Der Aufbau im Großen: Ein asymmetrisches Duo

Betrachtet man die Lunge als Ganzes, fällt sofort eine anatomische Besonderheit auf: Die beiden Lungenflügel sind keine identischen Zwillinge. Der rechte Lungenflügel ist etwas größer und besteht aus drei Lappen – dem Ober-, Mittel- und Unterlappen. Der linke Flügel hingegen muss sich den Platz im Brustkorb mit dem Herzen teilen. Er ist daher etwas schmaler und besitzt lediglich zwei Lappen. Diese Lappen sind wiederum in kleinere Segmente unterteilt, was medizinisch gesehen ein großer Vorteil ist. Da jedes Segment von eigenen Gefäßen und Bronchien versorgt wird, kann ein Chirurg im Falle einer Erkrankung gezielt ein einzelnes Segment entfernen, ohne die Funktion des restlichen Organs vollständig zu gefährden.

Die Lunge selbst besitzt keine eigene Muskulatur, mit der sie aktiv Luft einsaugen könnte. Sie ist vielmehr ein passives, elastisches Organ, das den Bewegungen des Brustkorbs folgt. Damit das funktioniert, ist sie in das sogenannte Brustfell, die Pleura, eingehüllt. Dieses besteht aus zwei Schichten: dem Lungenfell, das direkt auf dem Gewebe aufliegt, und dem Rippenfell, das die Innenseite des Brustkorbs auskleidet. Zwischen diesen beiden Schichten befindet sich ein hauchdünner Spalt, der mit einer geringen Menge Flüssigkeit gefüllt ist. Diese Flüssigkeit sorgt dafür, dass die Lunge am Brustkorb haftet, ähnlich wie zwei nasse Glasscheiben, die sich gegeneinander verschieben, aber nicht voneinander abziehen lassen. Dieser Unterdruck im Pleuraspalt ist essenziell; ginge er verloren, würde die elastische Lunge wie ein schlaffer Luftballon in sich zusammenfallen.

Das Röhrensystem: Ein Baum, der auf dem Kopf steht

Die Reise der Luft beginnt in der Luftröhre, der Trachea, die durch hufeisenförmige Knorpelspangen offen gehalten wird. Ohne diese Knorpel würde die Röhre beim Einatmen durch den entstehenden Unterdruck einfach kollabieren. Am unteren Ende teilt sich die Luftröhre in die beiden Hauptbronchien auf, die jeweils in einen Lungenflügel führen. Ab hier beginnt eine Verästelung, die in der Anatomie treffend als Bronchialbaum bezeichnet wird.

Mit jeder Verzweigung werden die Wege schmaler. Auf die Bronchien folgen die Bronchiolen, die schließlich in die winzigen Alveolargänge münden. Während die großen Wege noch durch Knorpel stabilisiert werden, verschwindet dieser in den feineren Verästelungen zunehmend und macht glatter Muskulatur Platz. Dies ist ein entscheidender physiologischer Schaltpunkt: Durch das Zusammenziehen oder Entspannen dieser Muskeln kann der Körper steuern, wie viel Luft in welche Bereiche der Lunge gelangt. Bei Stress oder körperlicher Belastung weiten sich diese Wege, während sie sich bei Reizungen, etwa durch Rauch oder Allergene, schützend verengen können – ein Mechanismus, der bei Asthma-Patienten allerdings überreagiert und die Atmung erschwert.

Die Alveolen: Wo die Chemie auf das Leben trifft

Das eigentliche Ziel der Atemluft sind die Alveolen, die Lungenbläschen. Rund 300 Millionen dieser winzigen Strukturen hängen wie Trauben an den Enden der Bronchiolen. Hier findet das statt, wofür die gesamte Anatomie überhaupt existiert: der Gasaustausch. Die Wand einer Alveole ist extrem dünn, sie besteht nur aus einer einzigen Schicht von Epithelzellen. Direkt an diese Zellen schmiegen sich die Kapillaren, die kleinsten Blutgefäße des Körpers.

Die Barriere zwischen der Luft in der Alveole und dem Blut in der Kapillare, die sogenannte Blut-Luft-Schranke, ist lediglich etwa 0,1 bis 0,5 Mikrometer dick. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa 500-mal dicker. Diese extreme Dünne ist physikalisch notwendig, damit Sauerstoff und Kohlendioxid allein durch Diffusion – also entlang eines Konzentrationsgefälles – wandern können. Der Sauerstoff diffundiert in das Blut und bindet sich dort an das Hämoglobin der roten Blutkörperchen, während das Kohlendioxid den umgekehrten Weg in die Alveole nimmt, um ausgeatmet zu werden.

Damit diese winzigen Bläschen nicht bei jedem Ausatmen aufgrund der Oberflächenspannung der Feuchtigkeit in ihrem Inneren kollabieren, produziert der Körper eine faszinierende Substanz: den Surfactant. Dieser "Surface Active Agent" setzt die Oberflächenspannung herab und wirkt wie ein biologisches Spülmittel. Ohne Surfactant wäre die Kraft, die man zum Aufblasen der Lunge nach jedem Atemzug bräuchte, so groß, dass wir binnen kürzester Zeit an Erschöpfung sterben würden.

Reinigung und Schutz: Die körpereigene Müllabfuhr

Da die Lunge ständig mit der Umwelt in Kontakt steht, ist sie auch potenziellen Gefahren durch Staub, Bakterien und Viren ausgesetzt. Deshalb verfügt sie über ein ausgeklügeltes Reinigungssystem, die mucociliäre Clearance. Die Bronchien sind mit einem Flimmerepithel ausgekleidet, auf dem Millionen mikroskopisch kleiner Härchen (Zilien) sitzen. Diese Härchen schlagen koordiniert und rhythmisch in Richtung Rachen. Über ihnen liegt eine Schleimschicht, die eingeatmete Partikel einfängt. Wie auf einer Rolltreppe wird dieser Schleim samt dem "Abfall" kontinuierlich nach oben transportiert, wo er schließlich verschluckt oder abgehustet wird.

Zusätzlich patrouillieren in den Alveolen, wo es keine Flimmerhärchen gibt, spezialisierte Fresszellen des Immunsystems, die Alveolarmakrophagen. Sie umschließen und verdauen alles, was es bis in die tiefsten Schichten der Lunge geschafft hat. Dieses Zusammenspiel aus mechanischer Barriere, physikalischer Reinigung und immunologischer Überwachung macht die Lunge zu einem robusten Organ, das trotz seiner filigranen Struktur meist über Jahrzehnte hinweg reibungslos funktioniert.