Luftröhre und Bronchialbaum: Verzweigung, Wandbau und der Weg zur Austauschzone

Die Trachea verbindet Kehlkopf und Brustraum

Die Luftröhre beginnt unterhalb des Ringknorpels und zieht vom Hals in den oberen Brustraum. Sie liegt vor der Speiseröhre. Am unteren Ende teilt sie sich in den rechten und linken Hauptbronchus. Die innere Leiste an dieser Gabelung heißt Carina. Von hier aus verzweigen sich die Luftwege in die jeweils zugehörige Lunge. [1][8]

Ihre Lage verbindet die Trachea mit Strukturen beider Körperregionen. Im Hals liegt sie hinter dem oberflächlichen Halsgewebe und in Nachbarschaft zur Schilddrüse; im Brustraum führt sie durch das Mediastinum. Beim Schlucken und bei Halsbewegungen müssen diese Nachbarschaften Beweglichkeit zulassen. Faserelastisches Bindegewebe und die gegliederte Knorpelstütze tragen dazu bei. [1][8]

C-förmige Knorpelspangen und eine bewegliche Hinterwand

Die Trachealwand besitzt aufeinanderfolgende hyaline Knorpelspangen. Im Querschnitt bilden sie einen nach hinten offenen Bogen. Die offene Seite wird durch eine membranöse Wand mit glatter Muskulatur ergänzt. Der Musculus trachealis kann den Abstand der Knorpelenden beeinflussen und damit die Form des Lumens verändern. Hinter dieser Region liegt die Speiseröhre. [1][8]

Die Knorpelstütze hält den Luftweg unter wechselnden Druckbedingungen offen. Die bindegewebigen Verbindungen zwischen den Spangen ermöglichen zugleich Längsbeweglichkeit. Festigkeit und Anpassungsfähigkeit entstehen dadurch aus einer gegliederten Wand. Für eine Querschnittzeichnung sind die drei Beziehungen besonders wichtig: Luftlumen innen, Knorpelbogen seitlich und vorn sowie membranöse Muskelwand hinten. [1][8]

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Von der Schleimhaut bis zum äußeren Bindegewebe

Die innere Auskleidung besteht aus respiratorischer Schleimhaut. Ihr Epithel enthält unter anderem Flimmerzellen, Becherzellen und Basalzellen. Darunter liegen die Lamina propria und die Submukosa mit Gefäßen und gemischten seromukösen Drüsen. Weiter außen folgen die mechanisch tragenden Knorpel- beziehungsweise Muskelanteile und verbindendes Bindegewebe. [9][20][25]

Die Schichtung lässt sich funktionell lesen: Die Oberfläche trägt Sekrete und bewegliche Zilien, das darunterliegende Gewebe versorgt sie, die Drüsen ergänzen Flüssigkeit und Muzine, und tiefere Strukturen sichern Form und Beweglichkeit. Ein mikroskopischer Wandquerschnitt verbindet damit örtliche Abwehr und Transport mit der größeren mechanischen Aufgabe der Luftröhre. [9][10][25]

Flimmerzellen, Becherzellen und Clubzellen

Flimmerzellen tragen zahlreiche bewegliche Zilien an ihrem apikalen Pol. Becherzellen geben schleimreiche Sekrete ab. Basalzellen liegen tiefer und tragen zur Erneuerung des Epithelverbandes bei. In den größeren Luftwegen ergänzen Drüsen der Submukosa die Oberflächenprodukte. Die Zelltypen ergänzen sich bei Oberflächenreinigung, Sekretbildung und Erneuerung. [9][10][25]

Weiter außen im Bronchialbaum ändern sich Höhe und Zusammensetzung des Epithels. In kleineren Bronchiolen treten sekretorische Clubzellen deutlicher hervor. Sie beteiligen sich an der örtlichen Oberflächenumgebung und an Erneuerungsprozessen. Das typische Zellmuster wird deshalb immer mit dem betrachteten Abschnitt verbunden: Trachea, größerer Bronchus und terminale Bronchiole zeigen unterschiedliche Ausstattungen. [10][25]

Die beiden Hauptbronchien sind unterschiedlich geformt

Der rechte Hauptbronchus verläuft im Vergleich zum linken meist kürzer, weiter und steiler nach unten. Der linke zieht in einer flacheren Richtung zur linken Lunge. Diese Unterschiede hängen mit der räumlichen Anordnung von Herz, großen Gefäßen und beiden Lungen zusammen. Sie sind für das Verfolgen des Luftwegs und die Einordnung von Fremdkörperlagen wichtig. [1][8]

Aus dem rechten Hauptbronchus geht der Oberlappenbronchus ab. Der weiterführende Bronchus intermedius verteilt sich anschließend auf Mittel- und Unterlappen. Links entstehen die Lappenwege zu Ober- und Unterlappen. Der erste große Verzweigungsplan entspricht damit der Lappengliederung: drei Lappen rechts und zwei links. [1][12]

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Vom Lappenbronchus zur segmentalen Einheit

Lappenbronchien teilen sich in Segmentbronchien. Jeder Segmentbronchus versorgt einen anatomisch zugeordneten Lungenbezirk. Mit ihm verlaufen im typischen Aufbau die entsprechenden Äste der Lungenarterie. Die Venen liegen weiter peripher häufig an den Grenzen solcher Bezirke. Diese Anordnung wird auf der Seite zu Lappen, Segmenten und Hilum räumlich vertieft. [1][12]

Aus Segmentästen entstehen kleinere bronchiale und bronchioläre Wege. Der reale Baum besitzt individuelle Varianten und unterschiedlich lange Verzweigungsfolgen. Eine schematische Verzweigungszeichnung ordnet deshalb die Ebenen nach ihrer Zugehörigkeit und ihrem Wandbau. Sie macht sichtbar, wie ein gemeinsamer Strom auf immer mehr parallele Wege verteilt wird. [8][12][25]

Was einen Bronchus von einer Bronchiole unterscheidet

Intrapulmonale Bronchien besitzen Knorpelplatten in der Wand, glatte Muskulatur und je nach Größe Drüsen. Ihre Schleimhaut kann in Falten liegen. Mit kleiner werdendem Durchmesser nimmt die Knorpelstütze ab. Bronchiolen besitzen schließlich weder Knorpelplatten noch submuköse Drüsen. Ihre Form hängt stärker von Muskulatur, Druckverhältnissen und dem umgebenden Gewebe ab. [20][25]

Die epithelialen Veränderungen folgen diesem Übergang. Größere Bronchiolen können noch ein höheres Flimmerepithel besitzen. In den kleineren und terminalen Abschnitten wird es typischerweise einschichtig und niedriger, mit Flimmer- und Clubzellen. Eine einzelne Größenangabe allein ist für die histologische Zuordnung weniger aussagekräftig als die Kombination aus Knorpel, Drüsen, Muskulatur und Zelloberfläche. [9][25]

Terminale und respiratorische Bronchiolen

Die terminale Bronchiole ist die letzte rein luftleitende bronchioläre Stufe. Ihre Wand besitzt eine durchgehende Auskleidung ohne eingestreute Alveolen. Von ihr gehen die respiratorischen Bronchiolen aus. Hier öffnen sich erstmals einzelne Alveolen aus der Wand. Die leitenden Wandanteile und die dünnen Austauschflächen liegen damit bereits im selben Übergangsabschnitt nebeneinander. [20][25]

Weiter distal folgen Alveolargänge und Alveolarsäckchen mit zahlreichen Alveolen. Zusammen bilden die von einer terminalen Bronchiole erreichten respiratorischen Wege eine acinäre Einheit. Die Detailseite zu Alveolen und Gasaustausch verfolgt anschließend die dünne Trennstrecke zwischen Luft und Kapillarblut. Der Bronchialbaum liefert die Luft bis an diesen verzweigten Austauschbereich heran. [1][25]

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Kaliberänderung und der Halt im Lungengewebe

Glatte Muskelzüge können die Form kleiner Luftwege verändern. Parasympathische Einflüsse über den Vagus fördern eine Verengung der bronchiolären Muskulatur. Neben der neuralen Ansteuerung beeinflussen örtliche Botenstoffe und der Zustand der Wand das Kaliber. Die mechanische Bedeutung einer solchen Änderung ergibt sich aus dem verfügbaren Querschnitt und dem Druckgefälle, das den Luftstrom antreibt. [8][20]

Kleine Luftwege sind außerdem mit dem umgebenden Lungengewebe verbunden. Wird dieses Gewebe während der Einatmung gedehnt, werden Zugkräfte auf die Atemwegswand übertragen. Die Durchgängigkeit verbindet damit die Eigenschaften der Wand mit denen des umgebenden Parenchyms. Die Seite zur Atemmechanik ordnet die Druckverhältnisse und die dynamische Kompression während kräftiger Ausatmung genauer ein. [26]

Sekrettransport und Husten ergänzen sich

Die mukoziliäre Reinigung bewegt die Sekrete aus den tieferen leitenden Atemwegen in Richtung Rachen. Dafür müssen Zilienschlag, Flüssigkeitshaushalt und die Eigenschaften des Schleims zusammenpassen. Die Zellen der Oberfläche und die Drüsen in größeren Luftwegen liefern unterschiedliche Bestandteile. Die Entfernung von Partikeln beginnt dadurch schon an der Grenzfläche zur eingeatmeten Luft. [9][10]

Beim Husten wird das System zusätzlich durch einen raschen Luftstrom beansprucht. Atemmuskeln und Kehlkopfstellung werden dabei koordiniert; die Form der Trachea kann sich mitverändern. Husten und Flimmertransport greifen auf unterschiedliche mechanische Vorgänge zurück und unterstützen gemeinsam den Weg von Material zu einem erreichbaren Ausgang. [8][10]

Gefäße und sensible Rückmeldung begleiten den Luftweg

Bronchiale Gefäße versorgen die Wandstrukturen der größeren Luftwege. Davon zu unterscheiden ist die pulmonale Zirkulation, deren Arterienäste mit den Bronchien in die Lunge ziehen und das Blut zur Austauschzone bringen. In der Peripherie liegt die Luftleitung dadurch in geordneter Nachbarschaft zu arterieller Zuführung und venösem Abfluss. [12]

Sensible Nervenenden melden unter anderem mechanische Bedingungen und reizende Eigenschaften der eingeatmeten Luft. Ihre Information wird in Hirnstammnetzwerke eingebunden und kann Atemmuster und Schutzreaktionen beeinflussen. Atemwegswand und Nervensystem bilden so eine Rückmeldeverbindung zwischen der örtlichen Umgebung und der übergeordneten Steuerung der Atmung. [13][14]

Welche Fragen Untersuchungen an den Bronchialbaum stellen

Eine Bronchoskopie betrachtet das Innere der größeren Luftwege. Sie kann Verlauf, Schleimhaut und Verzweigungsöffnungen sichtbar machen. Querschnittsbildgebung ergänzt die Darstellung von Wand, Lungenumgebung und Gefäßbeziehungen. Für die Zuordnung eines Befunds werden Seite, Lappen- und Segmentebene beschrieben. [8][12]

Eine Spirometrie untersucht dagegen den gemeinsam erzeugten Luftstrom und die dabei bewegten Luftmengen. Die Kurve verbindet viele Luftwege mit Atemmuskeln, elastischen Kräften und der Qualität des Manövers. Anatomische Betrachtung und Funktionsmessung ergänzen deshalb verschiedene räumliche und zeitliche Eigenschaften des Systems. [16][17]

Viele kleine Wege wirken parallel

Mit jeder Verzweigung verteilt sich der Luftstrom auf mehr Wege. Der Radius eines einzelnen Astes nimmt ab, während sich die Querschnitte aller gleichzeitig durchströmten Äste summieren. Für die Luftverteilung sind deshalb die Zahl der parallelen Wege, ihr örtlicher Zustand und ihre Verbindung zur Peripherie gemeinsam wichtig. [1][8][25]

Ein größerer Bronchus führt Luft zu einer ganzen Gruppe kleinerer Äste. Eine Veränderung an dieser Stelle kann daher einen anderen Versorgungsbezirk betreffen als eine Veränderung weit distal. Die Zuordnung nach Haupt-, Lappen- und Segmentebene verknüpft eine lokale Wandbeobachtung mit dem Gebiet dahinter. [1][8][12]

Warum das umgebende Gewebe zum Luftweg gehört

Die Atemwegswand steht zwischen dem Druck im Lumen und den Kräften ihrer Umgebung. Im Lungengewebe wird diese Außenwirkung durch elastische Eigenschaften und den jeweiligen Dehnungszustand mitbestimmt. Steigt das Lungenvolumen, nimmt die öffnende Wirkung auf eingebettete Luftwege gewöhnlich zu. Parenchym und Bronchialwand sind damit mechanisch gekoppelt. [26]

Bei kräftiger Ausatmung ändern sich die Druckverhältnisse entlang des Luftwegs. Glatte Muskulatur, Wandsteifigkeit und Rückstellkräfte des Gewebes beeinflussen gemeinsam, wie sich das Kaliber verhält. Die Struktur lässt sich deshalb am besten als Teil eines bewegten Organs verstehen: Ihre Umgebung trägt fortlaufend zur Form und Durchgängigkeit bei. [26]

Wie sich die Wand entlang des Luftwegs verändert

Wichtige Begriffe

Carina

Leiste an der inneren Teilungsstelle der Trachea zu den beiden Hauptbronchien. [8]

Pars membranacea

Membranöser dorsaler Anteil der Trachealwand zwischen den offenen Knorpelenden. [8]

Bronchus intermedius

Weiterführender rechter Bronchusabschnitt nach dem Abgang des Oberlappenbronchus vor der Aufteilung zu Mittel- und Unterlappen. [12]

Bronchiole

Kleiner Luftweg ohne Knorpelplatten und ohne submuköse Drüsen. [25]

Clubzelle

Sekretorischer epithelialer Zelltyp kleiner Luftwege mit Aufgaben in Oberflächenmilieu und Regeneration. [10]

Acinus

Respiratorische Einheit aus den Wegen und Alveolen distal einer terminalen Bronchiole. [25]

Häufige Fragen

Weiter im Zusammenhang

• Atemwege und Lunge: Übersicht
• Lappen, Segmente und Hilum: räumliche Verteilung
• Alveolen und Gasaustausch: die Austauschfläche
• Atemmechanik: Druck, Dehnung und Strömung