Anatomische und physiologische Grundlagen in der Sportmedizin

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Anatomische und physiologische
Grundlagen der Sportmedizin
[…]
Die Atmung
5
Worum geht es in diesem Kapitel?
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•
Beschreibung der Anatomie und Funktion der Atemwege
Erläuterung des Gastransports und des Gasaustauschs in der Lunge
Nach dem Bearbeiten dieses Kapitels sollten Sie in der Lage sein:
•
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die Funktionen der Atemwege aufzuzählen
die Mechanismen der Ein- und Ausatmung zu verstehen und zu erklären
Atmen ist eine lebenswichtige menschliche Tätigkeit: Der Mensch kommt zwar
einen Monat ohne Essen und etwa eine Woche ohne Trinken aus, aber er kann
nur wenige Minuten ohne Atmung überleben.
Die Atmung versorgt unseren Körper in erster Linie mit dem lebenswichtigen
Sauerstoff (O2). Ohne dieses Gas gibt es keine Verbrennung in den Körperzellen
und damit keine Wärme, keine Bewegung, keinen Stoffwechsel und – letztlich
natürlich auch kein Leben!
Als vor Urzeiten die Lebewesen den Schritt aus dem Wasser an Land machten,
mussten sie über eine neue Technik verfügen, die es ihnen ermöglichte, den
lebenswichtigen Sauerstoff aus der Luft zu gewinnen.
Die Natur entwickelte ein logisch strukturiertes und komplexes System, mit dem
es den Organismen möglich ist, Umweltluft in den Körper zu bewegen, den in
der Luft enthaltenen Sauerstoff „herauszufiltern“ und in das als
Haupttransportmittel fungierende Blut zu überführen.
Da im gleichen Vorgang auch das in den Körperzellen entstehende Gas Kohlendioxid (CO2) wieder aus dem Blut in die (Aus-) Atemluft „gefiltert“ wird, nennt
man den ganzen Vorgang Gasaustausch.
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Heilpraktikerschule® Michael Bochmann, Shakespearestr. 34, 04107 Leipzig.
Aufbau der Atmungsorgane
5.1
Unser Atemsystem besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen:
1. den Atemwegen
2. der Lunge
5.1.1
Atemwege
Die Atemwege unterteilt man in obere und untere Atemwege.
Die oberen Atemwegeliegen im Kopfbereich. Hierzu zählen:
•
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•
die Nase mit den Nasenhöhlen
die Nebenhöhlen
der Rachen
Die unteren Atemwege liegen im Hals- und Rumpfbereich. Sie umfassen:
•
•
•
den Kehlkopf
die Luftröhre
die Bronchien und deren Abzweigungen in die Lunge
5.1.2
Die Lunge
Die beiden kegelförmigen Lungenflügel füllen den Brustraum weitgehend aus.
Ihre Unterseite liegt auf dem Zwerchfell, einer kuppelförmigen Muskel-SehnenPlatte, die den Brustraum vom Bauchraum trennt.
Ringsum ist die Lunge in den Brustkorb regelrecht eingespannt und von zwei
dünnen Häuten umgeben. Das Lungenfell liegt der Lunge auf, und das Rippenfell
befindet sich innen an den Rippen. Zwischen diesen Häuten liegt ein mit
Flüssigkeit gefüllter Gleitspalt, in dem ständig Unterdruck herrscht. Durch den
Unterdruck kann sich der Spalt nicht ausdehnen, weshalb sich die Lunge nicht
von der Wand des Brustkorbes abheben kann. Hierdurch wird die Lunge
gezwungen, den Bewegungen des Brustkorbes zu folgen.
Durch die Atembewegungen der Rippen und des Zwerchfells wird etwa 20.000mal täglich frische Luft in die Lungen und aus ihnen heraus gepresst.
Das Netzwerk aus Röhren und Bläschen im Inneren der Lungen wird manchmal
als „Bronchialbaum“ bezeichnet, weil es wie ein auf dem Kopf stehender Baum
aussieht, dessen Stamm die Luftröhre bildet. Die Luftröhre gabelt sich in die zwei
Hauptbronchien, die sich in den Lungen zu immer dünneren Bronchien und
schließlich zu Bronchiolen verzweigen. Die Bronchiolen enden in Trauben von
Lungenbläschen, in denen der Gasaustausch stattfindet.
Die etwa 300 Millionen Lungenbläschen sind in den Lungen grüppchenweise –
wie Trauben – angeordnet. Wenn man ihre Innenflächen addiert, ergibt sich eine
Gesamtfläche von rund 85 Quadratmetern.
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Diese Riesenfläche ist notwendig, damit genügend Sauerstoff auf schnellstem
Weg aufgenommen und so der Sauerstoffbedarf des Körpers gedeckt werden
kann.
Der Weg der Luft
5.2
Wenn wir einatmen, gelangt die Luft durch die Nase (oder den Mund) über den
Rachen in die Luftröhre. Dabei wird die Luft durch die Nasenhaare grob gereinigt
und im weiteren Verlauf erwärmt und angefeuchtet. Nachdem die Luftröhre
passiert wurde, strömt die Luft durch die Bronchien und deren Verästelungen
(Bronchiolen) in die Alveolengänge bis zu den mikroskopisch kleinen
Lungenbläschen (Alveolen).
Durch die Wand der Lungenbläschen erfolgt dann der Austausch von Sauerstoff
bzw. in anderer Richtung, der Austausch von Kohlendioxyd.
Exkurs
Es macht durchaus einen Unterschied, ob man durch die Nase oder den Mund
atmet. Der längere Weg über die Nase erfüllt einen doppelten Zweck: Zum einen
wird die Luft angewärmt und an die Körpertemperatur angepasst. Zum anderen
filtern die feinen Härchen in der Nase gröbere Schadstoffe aus der Luft und
schonen somit Atemwege und Lunge.
Auch der Atemrhythmus ist wichtig: Wer oberflächlich und hektisch atmet,
schiebt einen Großteil der Gassäule in der Luftröhre als „totes Potenzial“ einfach
hin und her. Man wird müde und unkonzentriert. Optimal funktioniert der Gasaustausch dagegen bei einer ruhigen und tiefen Atmung, die hauptsächlich durch
das Zwerchfell gesteuert wird.
5.2.1
Gasaustausch in der Lunge
Der Austausch des lebensspendenden Sauerstoffs gegen das Abfallprodukt Kohlendioxid findet in den Lungenbläschen (Alveolen) statt. Die eingeatmete Luft
enthält etwa 21 % Sauerstoff, die ausgeatmete Luft hingegen nur 16 %; die
übrigen 5 % gehen über die Alveolen in den Blutstrom über.
In der ausgeatmeten Luft ist der Kohlendioxidanteil über 100-mal höher als in der
eingeatmeten.
Die Lungenbläschen werden netzförmig umsponnen von den Kapillaren, die
sauerstoffarmes Blut anliefern und sauerstoffreiches Blut abtransportieren. Die
Wände der Lungenbläschen und der Kapillaren bilden zusammen eine dünne
Membran (0,001 mm) zwischen den Alveolen, in denen die Sauerstoffkonzentration hoch ist, und dem Blutstrom mit niedriger O2-Konzentration. Das
Kohlendioxid diffundiert in umgekehrter Richtung. Die Innenfläche der Alveolen
ist mit einer Flüssigkeit überzogen, in der sich der Sauerstoff löst, bevor er durch
die Membran diffundiert; dadurch wird die Diffusion beschleunigt.
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5.2.2
Mechanismus des Atemzuges
Pro Minute atmen wir ca. 15- bis 20-mal ein und aus. Dies tun wir, weil winzige
Sauerstoff- und Kohlendioxid-Sensoren in unseren großen Gefäßen an unser
Atemzentrum im Gehirn melden, dass wieder neuer Sauerstoff benötigt wird
bzw. der Kohlendioxid-Anteil des Blutes zu hoch wird. Diese Steuerung des
Atemvorgangs geschieht in der Regel unbewusst und verursacht keine aktive
Anstrengung.
Doch wie kommt die Luft in die Lunge, bzw. aus der Lunge heraus?
Der Brustkorb, in dem die Lunge eingebettet ist, besteht aus dem Brustbein, den
Rippen und der Brustwirbelsäule (vgl. Kap. 7.1 „Skelett“). Durch bewegliche
Verbindungen zwischen den Rippen und den Wirbeln können die Rippen
gehoben und gesenkt werden.
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Übungsaufgaben
Kapitel 5
1. Was sind Alveolen und welche Aufgabe haben sie?
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2. Welche Vorteile hat die Nasenatmung?
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Grundlagen der Energiebereitstellung
6
Lernziele
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Nach Bearbeitung des Kapitels verstehen Sie in Grundzügen, was ATP ist,
wie es aufgebaut ist und welche Funktion es hat.
Sie erkennen, welche ATP-Resynthesewege es gibt und wie sie funktionieren.
Sie lernen die Unterschiede zwischen den verschiedenen ATPResynthesewegen kennen.
In den Zellen des Menschen laufen ständig Vorgänge ab, die Energie benötigen.
Dazu zählen:
•
der Auf- und Abbau von körpereigenen Stoffen (Biosynthese)
•
die Transportvorgänge im Körper
•
die Muskelkontraktion, also die Bewegung des Menschen
Den Menschen kann man, ähnlich wie einen technischen Motor, als eine Art
Verbrennungsmotor betrachten. Unser Motor verbraucht zwar kein Benzin oder
Diesel, stattdessen aber Kohlenhydrate und Fette.
Nur, wie funktioniert diese Energiebereitstellung?
6.1
Adenosintriphosphat (ATP)
Das ATP ist in den menschlichen Zellen, die wichtigste Speicherform chemischer
Energie. Es besteht, wie es der Name schon sagt, aus Adenosin und drei (tri)
Phosphaten.
Bei der Abspaltung des letzten (endständigen) Phosphatrestes vom ATP entsteht
ADP (Adenosindiphosphat) plus eines Phosphatrestes. Das Wichtigste ist aber,
dass Energie freigesetzt wird. Diese Energie steht den Zellen direkt zur Verfügung.
ATP kann als universeller direkt „anzapfbarer Energiespeicher“ bezeichnet
werden, der in allen lebenden Zellen, besonders in der Muskelzelle, vorhanden
ist.
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Energiebereitstellung beim Abbau von ATP in ADP (ZINTL/EISENHUT)
Die ATP-Resynthese
6.2
Der ATP-Vorrat im Muskel ist allerdings so gering, dass damit nur 3 bis 4 maximale Muskelkontraktionen durchgeführt werden können, was einer
Arbeitsdauer von 1 bis 2 Sekunden bei starker körperlicher Arbeit entspricht.
Dass der Mensch damit nicht weit kommt, ist ersichtlich. Daher muss der Organismus für einen ständigen Wiederaufbau (Resynthese) des ATPs sorgen.
Der Wiederaufbau von ATP aus ADP erfolgt auf drei Wegen:
•
aus Creatinphosphat (= anaerobe alactacideResynthese, CrP oder KP
abgekürzt)
•
über die anaerobe Oxidation (= anaerobe lactacideResynthese) und/oder
•
über die aerobe Oxidation (= aerobe Resynthese)
6.2.1
Die anaerobe-alactacide ATP-Resynthese mit Hilfe des
Creatinphosphates
Neben dem ATP steht dem Körper zur schnellen Bereitstellung von Energie noch
Creatinphosphat zur Verfügung. Creatinphosphat ist, wie das ATP, eine energiereiche chemische Verbindung, die aus Creatin und einem Phosphatrest besteht.
Schematische Darstellung des Creatinphosphates
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