Die Luftröhre und die Stammbronchien

Struktureller Aufbau des Atemwegsbaums

Die Hierarchie der sich teilenden Atemwege und teilweise auch der in die Lunge eindringenden Blutgefäße bestimmt weitgehend die innere Lungenstruktur. Funktionell kann das intrapulmonale Atemwegssystem in drei Zonen unterteilt werden, eine proximale, rein leitende Zone, eine periphere, rein gasaustauschende Zone und eine dazwischen liegende Übergangszone, in der beide Funktionen ineinander übergehen. Aus morphologischer Sicht ist es jedoch sinnvoll, die relativ dickwandigen, rein luftleitenden Röhren von denjenigen Verzweigungen des Atemwegsbaums zu unterscheiden, die strukturell für den Gasaustausch ausgelegt sind.

Der strukturelle Aufbau des Atemwegsbaums ist funktionell wichtig, da das Verzweigungsmuster eine Rolle bei der Bestimmung des Luftstroms und der Partikelablagerung spielt. Bei der Modellierung des menschlichen Atemwegsbaums wird allgemein davon ausgegangen, dass sich die Atemwege nach den Regeln der unregelmäßigen Dichotomie verzweigen. Regelmäßige Dichotomie bedeutet, dass jeder Ast einer baumartigen Struktur zwei Tochteräste mit identischen Abmessungen hervorbringt. Bei der irregulären Dichotomie hingegen können sich die Tochteräste in Länge und Durchmesser stark unterscheiden. Die Modelle berechnen, dass der durchschnittliche Weg von der Luftröhre zur Lungenperipherie aus etwa 24-25 Generationen von Ästen besteht. Einzelne Pfade können jedoch zwischen 11 und 30 Generationen liegen. Der Übergang zwischen dem leitenden und dem respiratorischen Teil eines Atemwegs liegt im Durchschnitt am Ende der 16. Generation, wenn die Luftröhre als Generation 0 gezählt wird. Die leitenden Atemwege umfassen die Luftröhre, die beiden Stammbronchien, die Bronchien und die Bronchiolen. Ihre Aufgabe ist es, die eingeatmete Luft weiter zu erwärmen, zu befeuchten und zu reinigen und sie an die Gasaustauschzone der Lunge zu verteilen. Sie sind mit dem typischen Atemwegsepithel mit Flimmerzellen und zahlreichen dazwischenliegenden schleimabsondernden Becherzellen ausgekleidet. Wimpernzellen sind weit unten im Atemwegsbaum vorhanden, wobei ihre Höhe mit der Verengung der Röhren abnimmt, ebenso wie die Häufigkeit der Becherzellen. In den Bronchiolen werden die Becherzellen vollständig durch eine andere Art von sekretorischen Zellen, die Clara-Zellen, ersetzt. Das Epithel ist von einer Schicht dünnflüssiger Flüssigkeit bedeckt, in der die Flimmerhärchen einen synchronisierten, rhythmischen, nach außen gerichteten Schlag ausüben. In größeren Atemwegen wird diese Flüssigkeitsschicht von einer Schleimschicht mit hoher Viskosität überlagert. Die Schleimschicht wird von den Zilien mitgerissen und befördert die abgefangenen Partikel in Richtung Rachen, wo sie verschluckt werden. Diese Konstruktion kann mit einem Förderband für Partikel verglichen werden, und in der Tat wird der Mechanismus als mukoziliäre Rolltreppe bezeichnet.

Während Knorpelringe oder -platten den Wänden der Luftröhre und der Bronchien Halt geben, erhalten die Wände der Bronchiolen, die keinen Knorpel haben, ihre Stabilität durch ihre strukturelle Integration in das gasaustauschende Gewebe. Die letzten rein leitenden Atemwegsgenerationen in der Lunge sind die terminalen Bronchiolen. Distal ist die Struktur der Atemwege durch das Auftreten becherförmiger Ausstülpungen aus den Wänden stark verändert. Diese bilden winzige Luftkammern und stellen die ersten gasaustauschenden Alveolen auf dem Weg durch die Atemwege dar. In den Alveolen weicht das Atmungsepithel einer sehr flachen Auskleidungsschicht, die die Bildung einer dünnen Luft-Blut-Barriere ermöglicht. Nach mehreren Generationen (Z) solcher Atmungsbronchiolen sind die Alveolen entlang des Atemwegs so dicht gepackt, dass eine eigentliche Atemwegswand fehlt; der Atemweg besteht aus Alveolarkanälen. Die letzten Generationen des Atemwegsbaums enden blind in den Alveolarsäcken.