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Atmungsapparat und Gaswechsel
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Atmungsapparat und Gaswechsel
1. Luftwege
1.1. Nase und Nasenhöhle:
Die Nase dient zur Befeuchtung, Anwärmung und Reinigung der Atemluft sowie zur Vermittlung
der Geruchsempfindung. Am Eingang der Nasenhöhle halten starke Reusenhaare grössere
"Eindringlinge" ab. Bis auf das kleine Riechfeld unter dem Nasendach sind die übrigen Wände
der beiden Nasenhöhlen mit einem schleimbildenden Epithel ausgekleidet. Die Flimmerhäarchen
der Schleimhaut befördern den Schleim mit den darin hängenden Staubteilchen rachenwärts, wo
er dann hinuntergeschluckt wird.
Zum Vergrösseren der Schleimhautoberfläche ragen von den Nasenseitenwänden 3 sogenannte
Muscheln in die Nasenhöhle. Diese sind reich durchblutet. Bei einem Schnupfen vergrössern sie
sich und berühren fast die Nasenscheidewand. Dadurch kommt es zu Atembeschwerden.
Nebenhöhlen: Die bekanntesten der 4 paarigen Nebenhöhlen sind die Kieferhöhlen und die
Stirnhöhlen. Die luftgefüllten und ebenfalls mit einer Schleimhaut ausgekleideten Nebenhöhlen
ermöglichen eine stabile Leichtbauweise des Gesichtsschädels. Sie dienen aber auch als
Resonanzraum. Durch ihre Verbindung mit der Nasenhöhle werden sie bei Infektionen
(Erkältung) häufig auch in Mitleidenschaft gezogen.
In den oberen Teil der Nasenhöhlen münden die Tränenkanälchen und in den hinteren Teil die
Ohrtrompeten (Eustach'sche Röhren // Druckausgleich vom Ohr).
1.2. Kehlkopf
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Der Kehlkopf, das Organ der
Stimmbildung und des Verschlusses der
Luftwege, besteht aus einem fünfteiligen
Knorpelgerüst, das mit einer Membran
am Zungenbein aufgehängt ist. Beim
Schlucken wird der Kehlkopf nach oben
gezogen. Die Luftröhre wird dadurch
vom Kehldeckel abgedeckt.
1.3. Stimmbildung
Die Stimmbänder sind beim Einatmen V-förmig geöffnet und beim Ausatmen locker geschlossen.
Dazu wird die Stellung der Stellknorpel verändert.
Bei der Stimmbildung sind die Stimmbänder geschlossen und mehr oder weniger gespannt. Der
mit grosser Geschwindigkeit vorbeifliessende Luftstrom wird durch die senkrecht zur
Luftströmung schwingenden Stimmbänder in einzelne Stösse geteilt. Je höher die
Geschwindigkeit der Luft, desto lauter der Ton. Die entstehenden Schallwellen (Längswellen)
nehmen wir je nach Frequenz der Schwingung als verschieden hohe Töne war (hohe Frequenz ’
hohe Töne). Wenn der Schildknorpel (Adamsapfel) näher zum Ringknorpel gezogen wird, werden
die Stimmbänder stärker gespannt. Der Ton steigt.
Durch verschiedenartige Verformungen des Rachen - und Mundraumes können wir bestimmte
Frequenzen hervorheben (Resonanzen). So entstehen die Klangfarben der Vokale. Bei den
Konsonanten sind zusätzlich oder ausschliesslich Zitter-, Reibe- und Verschlusslaute an Lippen,
Zähnen, Zunge und Gaumen am Klang beteiligt.
Beispiele:
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In der Pubertät wächst der Kehlkopf beim Jungen unter Hormoneinfluss stärker als bei Mädchen,
wodurch die Stimmlage um ca. 1 Oktave tiefer wird (beim Mädchen ca. 3 Töne).
1.4. Luftröhre, Bronchien, Lunge und Alveolen
Die Luftröhre ist ein ca. 11 cm langes, muskulöser Schlauch, dessen Öffnung durch C-förmige
Knorpelspangen offen gehalten wird (verhindert ein Verschluss bei der Einatmung / Unterdruck!).
Am unteren Ende teilt sich die Luftröhre in zwei Hauptbronchien, die sich dann immer stärker
aufästeln. Am Schluss gehen die Bronchiolen in die traubenförmigen Lungenbläschen (Alveolen)
über. Die Schleimhautzellen der Luftröhre und der Bronchien haben viele Flimmerhäarchen, die
durch pausenloses Schlagen Fremdkörper und Schleim Richtung Rachen transportieren.
Die beiden Lungenflügel dehnen sich zwischen dem Zwerchfell, den Rippen und dem
Schlüsselbein aus. Beide Lungenflügel sind von einer hauchdünnen, von Gefässen versorgten
Hülle, dem Lungenfell überzogen. Das Lungenfell geht an den Rändern in das Rippenfell über,
das die Brustwand und das Zwerchfell auskleidet. Beide Schichten zusammen werden als
Brustfell bezeichnet und sind nur durch einen dünnen, flüssigkeitsgefüllten Raum getrennt.
2. Atemmechanik
Da die Lunge elastisch und selbst nicht aktiv beweglich ist, folgt sie bei den Atembewegungen der
Erweiterung resp. Verengung des Brustkorbs.
Einatmen: Spannt sich das Zwerchfell an, so
senkt sich die Zwerchfellkuppe und dehnt die
Lungenflügel, indem sie sie nach unten zieht
(Es gibt einen Unterdruck!).
Unterstützend zieht sich bei der Einatmung
auch die äussere Zwischenrippenmuskulatur
zusammen und erweitert den Brustkorb nach
vorne und in geringerem Umfang auch zur
Seite.
Ausatmen: Während die Einatmung aktiv erfolgt,
geschieht die Ausatmung im Normalfall überwiegend
passiv: Die Zwischenrippenmuskeln und das
Zwerchfell erschlaffen, der Brustkorb und die Lunge
verkleinern sich. Unterstützend mithelfen können die
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inneren Zwischenrippenmuskeln und bei
angestrengter Atmung die Bauchmuskeln (der Druck
auf die Engeweide drückt sie und damit auch das
Zwerchfell nach oben).
Je nachdem ob sich bei der Einatmung vorallem der Brustkorb weitet oder eben das Zwerchfell
nach unten und damit der Bauch nach aussen geht, spricht man von Brust- resp. Bauchatmung.
Viele Personen atmen ungenügend und füllen nur den oberen Teil der Lunge mit Luft.
3. Gasaustausch und - transport
Die Lungenbläschen werden von kleinsten Blutgefässen umsponnen. Die Gase (O2; CO2)
diffundieren durch die dünnen Trennwände zwischen Luftraum und Blut in den Lungenbläschen,
aber auch zwischen Gewebezellen und Blut überall im Körper. Die Diffusionsrichtung wird durch
die Gaskonzentrationen resp. den Partialdrücken der Gase bestimmt:
3.1. Sauerstofftransport
97% als HbO2 (an Eisen des Hämoglobins gebunden)
3% physikalisch gelöst im Blutplasma
3.2. Kohlendioxidtransport
45% als HCO3- im Plasma
45% in Erythrozyt (35% als HCO3- ; 10% als HbCO2)
10% physikalisch gelöst im Plasma
4. Lungen- und Atemvolumina
In der Ruheatmung gelangen ca. 500ml Luft in den Respirationstrakt. Davon gelangen aber nur
zweidrittel in die Lungenalveolen. Der Rest bleibt in der Luftröhre und den Bronchien und kann
nicht ausgenutzt werden (=Totraum).
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5. Steuerung der Atmung
Im Gegensatz zum weitgehend autonomen Herz, bei dem Impulse aus dem vegetativen
Nervensystem lediglich regulierend eingreifen, ist die ebenfalls rhythmische Atemtätigkeit auf
permanente Impulse aus dem Nervensystem angewiesen. Ebenfalls notwendig sind Rezeptoren,
die an verschiedenen Stellen messen, wie es um die Atmung und die Gasversorgung steht (z.B.
Dehnungsrezeptoren in Alveolen und in der Zwischenrippenmuskulatur, Chemorezeptoren an
verschiedenen Orten im NS).
Atmung und Arbeit: