FUNKTION DER LUNGE UND ATEMMECHANIK

Die Hauptaufgabe der Lunge besteht darin, das Zielorgan der Atmung zu sein. Hier findet der lebenswichtige Gasaustausch statt: Sauerstoff gelangt ins Blut und Kohlendioxid wird abgeatmet.

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Wichtig zu verstehen ist, dass die Atmung jedoch nicht allein durch die Lunge geschieht, sondern durch das Zusammenspiel mehrerer Strukturen:

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• Der Brustkorb
  Er schützt die Lunge und bildet ihr bewegliches Gerüst. Gleichzeitig überträgt er die Bewegungen, die für die Atmung notwendig sind. Bei jedem Atemzug heben und senken sich die Rippen und das Brustbein.

• Die Atemmuskulatur
  Sie bewegt den Brustkorb und ermöglicht so die Atmung. Eine verminderte Kraft oder Ausdauer dieser Muskeln führt dazu, dass sich sowohl das Atemzugvolumen (Luft pro Atemzug) als auch das Atemminutenvolumen (Luft pro Minute) reduziert.

• Das Zwerchfell (Diaphragma)
  Es ist der wichtigste Atemmuskel. Bei jedem Atemzug bewegt es sich normalerweise 10–12 cm und schafft so den größten Anteil der Atemarbeit.

• Atemhilfsmuskeln

  • Inspirationsmuskeln unterstützen die Einatmung, indem sie den Brustkorb anheben. Sie liegen überwiegend an der Rückseite des Brustkorbs.

  • Expirationsmuskeln helfen bei der Ausatmung, indem sie den Brustkorb wieder zusammenziehen. Diese befinden sich überwiegend an der Vorderseite des Brustkorbs.

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GASAUSTAUSCH

In den Haargefäßen (Kapillaren) der Lunge findet der eigentliche Austausch der Atemgase statt.

Dabei passiert Folgendes:

• Sauerstoffaufnahme: Der Sauerstoff aus der eingeatmeten Luft gelangt über die dünnen Wände der Lungenbläschen (Alveolen) in die angrenzenden Blutkapillaren. Dort bindet er sich an den roten Blutfarbstoff (Hämoglobin) in den roten Blutkörperchen. Über den Blutkreislauf wird der Sauerstoff anschließend zu allen Organen und Geweben transportiert, die kontinuierlich damit versorgt werden müssen – wie Muskeln, Gehirn und Herz.

• Kohlendioxidabgabe: Im Gegenzug nimmt das Blut Kohlendioxid (CO₂), ein Abfallprodukt des Stoffwechsels, aus den Zellen auf und bringt es zurück in die Lunge. Dort wird es aus dem Blut in die Alveolen abgegeben und mit der Ausatmung ausgeschieden.

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Dieser Gasaustausch ist die Grundlage unserer Atmung und damit überlebenswichtig: Er versorgt den Körper mit Energie für alle Stoffwechselprozesse und ermöglicht die Zellatmung.

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WIE ENTSTEHT DIE PROBLEMATIK?

Auf der Abbildung unten sehen Sie eine gesunde Lunge im Vergleich zu einer von COPD betroffenen Lunge.

Bei COPD sind vor allem die kleinen Atemwege (Bronchiolen) und die Lungenbläschen (Alveolen) betroffen.

Charakteristisch sind:

• eine dauerhafte Entzündung der Atemwege,

• eine Verengung und Schädigung der Lungenbläschen,

• sowie ein Ungleichgewicht zwischen Ein- und Ausatmung.

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Dies führt zu oxidativem Stress – einem Zustand, bei dem aggressive Sauerstoffverbindungen entstehen, die Zellen und deren Funktionen schädigen können. Dadurch verschlechtert sich der Gasaustausch und die Sauerstoffversorgung des Körpers zunehmend.

WIE ENTWICKELT SICH COPD?

Bei COPD kommt es zu einer dauerhaften Schädigung der Atemwege und Lungenbläschen. Die Schleimhäute und Schleimdrüsen sind chronisch entzündet, nehmen an Größe zu und produzieren übermäßig viel Schleim. Gleichzeitig wird die oberste Schicht der Lungenbläschen verletzt, das Lungengewebe verliert an Elastizität und die Flimmerhärchen verlieren zunehmend ihre Beweglichkeit. Dadurch verringert sich der elastische Rückstoßdruck der Lunge, der dafür wichtig ist, dass sie beim Ausatmen nicht kollabiert. Die Atemwege verengen sich, die Atmung wird flacher und es kommt zum Einschluss von Luft in der Lunge – ein Phänomen, das auch als „Air Trapping“ bezeichnet wird.

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Im weiteren Verlauf wird gesundes, funktionstüchtiges Lungengewebe schrittweise durch funktionsloses Bindegewebe ersetzt, vergleichbar mit Narbengewebe. Man spricht dann von einer Lungenfibrose. Diese Veränderungen sind unumkehrbar. Trotz bronchienerweiternder Medikamente bleibt der Atemwiderstand bestehen. Die Lungenbläschen vergrößern sich zwar, verschmelzen jedoch miteinander, sodass man von einem Lungenemphysem spricht. Infolge dessen reduziert sich die Oberfläche für den lebenswichtigen Gasaustausch. Die Überblähung der Lunge (Hyperinflation) stellt den Hauptgrund für die typische Kurzatmigkeit und die damit verbundene Einschränkung der Lebensqualität dar.

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EXAZERBATIONEN

Charakteristisch für COPD sind sogenannte Exazerbationen, also akute Verschlechterungen des Gesundheitszustandes. Sie werden meist durch Infektionen oder Umweltfaktoren ausgelöst und sind zu erkennen an einer deutlichen Zunahme der Atemnot, einer erhöhten Schleimproduktion, stärkeren Entzündungsreaktionen in den Atemwegen sowie einer Zunahme des „Air Trappings“. In der Regel dauern diese Episoden 7 bis 10 Tage. Bei etwa 20 % der Patienten kommt es nach acht Wochen jedoch nicht mehr zu einer vollständigen Erholung des vorherigen Zustandes¹³.

Exazerbationen lassen sich in milde, moderate und schwere Verläufe einteilen. Während bei moderaten Verläufen eine medikamentöse Behandlung ausreicht, erfordern schwere Fälle eine stationäre Versorgung. Muss ein Patient aufgrund einer Exazerbation ins Krankenhaus oder treten zwei oder mehr solcher Ereignisse innerhalb eines Jahres auf, ist die Prognose in Bezug auf die Lebenserwartung deutlich schlechter¹⁴.

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SYSTEMISCHE AUSWIRKUNGEN

COPD ist nicht nur eine Lungenerkrankung, sondern betrifft den gesamten Körper. Ein häufiges Problem ist ein deutlicher Gewichtsverlust, der mit einem Abbau von Muskelmasse einhergeht. Ursache hierfür ist ein Ungleichgewicht zwischen Energieaufnahme und -verbrauch. Die anhaltenden Entzündungsprozesse drosseln den Appetit, gleichzeitig steigt der Ruheenergieumsatz. Zudem wirkt sich die Erkrankung negativ auf den Muskelstoffwechsel aus, sodass das Gleichgewicht zwischen Zellerneuerung und Zelltod gestört wird. Die Muskulatur verliert an Ausdauer, das Zwerchfell büßt Kraft ein und die Patienten benötigen für dasselbe Ausmaß an Belastung mehr Energie als gesunde Menschen³⁰.

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Auch das Herz-Kreislaufsystem kann durch die Überblähung der Lunge beeinträchtigt werden. Die ständigen Druckschwankungen beeinflussen den diastolischen Blutdruck und damit die Entlastung der Herzkammern, was wiederum Herzinfarkte begünstigen kann.

Durch den Zwerchfelltiefstand, der durch die Lungenüberblähung verursacht wird, kann der wichtigste Atemmuskel nicht mehr effektiv arbeiten. Die Atemhilfsmuskeln müssen stärker kompensieren, werden dadurch überlastet und verursachen häufig zusätzliche Beschwerden im Oberkörper.

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Darüber hinaus kommt es häufig zu muskulären Dysfunktionen, insbesondere in der Hüft-, Oberschenkel- und Armmuskulatur. Diese Muskeln ermüden schneller, was die Kurzatmigkeit noch verstärkt. Veränderungen in der Muskelfaserstruktur führen zu verstärktem oxidativen Stress und begünstigen entzündliche Prozesse. Hierdurch kann eine Insulinresistenz entstehen, die das Risiko für Diabetes erhöht²⁷. Zudem entwickeln fast 70 % aller COPD-Patienten eine Osteoporose, und auch Depressionen zählen zu den weit verbreiteten Folgen einer COPD-Diagnose.

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RISIKOFAKTOREN

Die Risikofaktoren für die Entstehung von COPD haben in den letzten Jahren zugenommen. Dies hängt unter anderem damit zusammen, dass die Bevölkerung immer älter wird, die Zahl von Infektionen und kardiologischen Erkrankungen steigt, Bewegungsmangel weiter verbreitet ist und auch der Konsum von Tabak zunimmt. Dabei lassen sich sowohl beeinflussbare als auch weniger gut beeinflussbare Risikofaktoren unterscheiden.

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Als größter Risikofaktor gilt eindeutig das Rauchen – und zwar nicht nur der Konsum von Zigaretten, sondern auch von Zigarren oder Wasserpfeifen. Selbst Passivrauchen erhöht das Risiko erheblich³.

Neben dem Tabakkonsum spielt auch die genetische Veranlagung eine Rolle. Eine unzureichende Lungenentwicklung, die bei etwa 4–12 % der Menschen auftritt, sowie eine generell niedrige Lungenfunktion im jungen Erwachsenenalter können die Wahrscheinlichkeit für die Entwicklung von COPD erhöhen. Studien zeigen, dass bei rund der Hälfte aller COPD-Patienten die Erkrankung auf ein abnormales Lungenwachstum zurückzuführen ist³.

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Normalerweise erreicht die Lunge ihre maximale Funktion und Entwicklung um das 25. Lebensjahr. Danach bleibt sie zunächst stabil, bevor die Leistungsfähigkeit mit zunehmendem Alter langsam abnimmt. Umwelteinflüsse in jeder dieser Phasen wirken sich positiv oder negativ auf diese Entwicklungskurve aus¹⁴. So ist beispielsweise bekannt, dass ein hoher Alkoholkonsum im Jugendalter sowie Rauchen während der Schwangerschaft das Immunsystem sowie Lungenwachstum und -entwicklung nachhaltig beeinträchtigen⁴.

Ein weiteres Risiko besteht im Einatmen von Schadstoffen, etwa durch Holzverbrennung, Düngemittel, Staub oder den Umgang mit Asbest. Auch Luftverschmutzung in Innenräumen – etwa durch Öfen oder das Kochen mit Biomasse – spielt eine erhebliche Rolle, insbesondere in Entwicklungsländern⁴³.

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Darüber hinaus ist die individuelle gesundheitliche Vorgeschichte von großer Bedeutung. Bestimmte Erkrankungen und Begleitfaktoren können die Entstehung von COPD begünstigen, darunter Asthma⁵, Allergien, Tuberkulose, eine HIV-Infektion, wiederkehrende Sinusitiden oder Lungenentzündungen. Auch Übergewicht, eine zuckerreiche Ernährung mit wenig Obst und Gemüse, das Vorliegen von Depressionen, Bluthochdruck, erhöhte Entzündungswerte, ein Mangel an regelmäßiger körperlicher Aktivität (weniger als 60 Minuten pro Tag im Alter zwischen 60 und 85 Jahren), Diabetes sowie Durchblutungsstörungen gelten als verstärkende Risikofaktoren¹.

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Positiv ist jedoch, dass sich viele dieser Faktoren aktiv beeinflussen lassen. Ein gesunder Lebensstil mit ausgewogener Ernährung, ausreichend Bewegung und Sport kann das Risiko für Übergewicht, Infektionen, Bluthochdruck, hohe Entzündungswerte, Depressionen und Diabetes deutlich verringern – und damit auch die Wahrscheinlichkeit, an COPD zu erkranken.

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DAS PROBLEM UNSERER GESELLSCHAFT

Dass unsere Gesellschaft insgesamt immer ungesünder lebt, ist längst kein Diskussionsthema mehr, sondern eine Tatsache. Während der Mensch vor rund 100 Jahren noch durchschnittlich etwa 20 Kilometer am Tag zu Fuß zurücklegte, sind es heute gerade einmal rund 800 Meter. Während des Lockdowns sank dieser Wert sogar dramatisch auf nur noch etwa 200 Meter täglich.

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Auch in Bezug auf die Ernährung zeigt sich ein deutliches Ungleichgewicht. Vor etwa 160 Jahren lag der durchschnittliche tägliche Kalorienkonsum in Deutschland bei rund 2.120 Kalorien. Heute nehmen wir dagegen durchschnittlich 3.539 Kalorien pro Tag zu uns. In Zahlen bedeutet das: Die Energiezufuhr ist um ganze 166 % gestiegen – während sich unser Bewegungspensum gleichzeitig um etwa 96 % reduziert hat.