Atmung2

Atmung
Allgemeines
 Bei den Atmungsorganen unterscheidet man luftleitende (obere und untere Luftwege) und
dem Gasaustausch zwischen Luft und Blut dienende Anteile (Lungenbläschen oder Alveolen)
 Für den oxidativen Abbau der Nährstoffe in jeder Zelle des Organismus wird Sauerstoff
benötigt, dabei entsteht Kohlendioxid (innere Atmung bzw. Gewebeatmung). Der Sauerstoff
wird aus der Umgebung über die Lungen aufgenommen, während Kohlendioxid abgegeben
wird (äußere Atmung)
 Nach dem Gasaustausch zwischen Luft (O2-Transport durch Lungenbelüftung [Ventilation] in
die Alveolen) und Blut (Übertritt des O2 durch Diffusion in das Blut der Lungenkapillaren) in
den Alveolen wird der Sauerstoff auf dem Blutweg zu den Körperzellen (bzw.
Gewebekapillaren GK) transportiert. Hier wird der Sauerstoff im Austausch gegen
Kohlendioxid abgegeben (Diffusion von O2 aus den GK zu den benachbarten Körperzellen),
das in umgekehrter Reihenfolge abtransportiert wird
Luftleitende Atmungsorgane
 Obere Luftwege: Nasen- und Mundhöhle mit den Nasennebenhöhlen, Rachen und Kehlkopf
 Untere Luftwege: Luftröhre (Trachea) und Bronchialbaum (Hauptbronchien,
Lappenbronchien und Segmentbronchien)
 Sie dienen dem Transport, der Anwärmung, der Befeuchtung, der Reinigung und der
Kontrolle (Geruchsempfindung) der Atemluft
 Die Schleimhaut der luftleitenden Atemwege besitzt, mit Ausnahme der Mundhöhle, ein
respiratorisches, hochprismatisches Flimmerepithel mit zahlreichen Becherzellen
 Die Flimmerhärchen des Epithels schlagen in fast allen Abschnitten rachenwärts und
transportieren den Schleim sowie darin aufgenommene Staubpartikel nach außen
 Beide Nasenhöhlen sind getrennt durch eine Nasenscheidewand (Nasenseptum)
 nach außen durch Nasenlöcher, nach innen durch Choanen geöffnet, Boden durch harten
und weichen Gaumen gebildet, Oberfläche der Seitenwände durch schleimhautüberzogene
Knochen (Nasenmuschel [obere, mittlere und untere]) vergrößert
 obere Nasenmuschel: Riechschleimhaut
 restlichen ‘‘: Regio respiratoria zum Anwärmen, Befeuchten und Reinigen der Atemluft
 Nasennebenhöhlen sind mit Schleimhaut überzogen und dienen der Vorwärmung der
Atemluft sowie als Resonanzraum: 1 Stirnbeinhöhle, 2 Kieferhöhlen, 2 Siebbeinhöhlen mit
den Siebbeinzellen, 2 Keilbeinhöhlen
 Alle Nasennebenhöhlen – bis auf Keilbeinhöhle - münden in die Nasenhöhle
 Bei einer Entzündung der Nasennebenhöhlen sind häufig die Kieferhöhlen betroffen
 Rachen
 oberer Rachenraum, der Bereich nach dem Übergang von der Nasenhöhle über die
Choanen in den Rachen; hier münden auch die Ohrtrompeten  Druckausgleich zum
Mittelohr
 mittlerer ‘‘, wo der Atemweg den Speiseweg kreuzt
 unterer ‘‘, Bereich vor dem Kehlkopf
 Kehlkopf funktioniert als Verschlussmöglichkeit der Luftröhre gegen den Rachenraum und
trennt Luft- und Speiseweg  Drucksteigerung im Brust- und Bauchraum zum Pressen und
Husten, und Stimmbildung. Er besteht aus:
- schleimhautüberzogenen Knorpelskelettelementen (Schildknorpel, Ringknorpel, zwei Aryoder Stellknorpel aus hyalinen Knorpel, Kehldeckel aus elastischem Knorpel)
- diese Knorpel und das knöcherne Zungenbein bilden das Kehlkopfskelett
- äußere Kehlkopfbänder (Verbindung zum Zungenbein und zur Luftröhre)
- innere Kehlkopfbänder (verbinden die Skelettelemente)
- Muskeln
- Schildknorpel ist nach hinten offen und bildet vorne den Adamsapfel


- Ary- oder Stellknorpel besitzen Stimmbandfortsätze
- Kehldeckel ist an Rückseite des Schildknorpels befestigt und verschließt die
Kehlkopföffnung beim Schlucken
Luftröhre (Trachea) ist ein aus 20 Knorpelspangen gebildetes, mit Schleimhaut
ausgekleidetes Rohr von 10-12 cm Länge und 2cm Durchmesser. Die Trachea geht in den
linken und rechten Hauptbronchus (HB) über
Der Bronchialbaum (linker u rechter HB) verzweigt sich in Lappenbronchien (rechts 3, links
2), teilt sich weiter auf in jeweils 10 Segmentbronchien (links 7. Und 8. Verschmolzen,
deswegen nur 9) zur Versorgung der einzelnen Lungensegmente, die sich immer weiter
verzweigen, bis hin zu den Bronchioli terminales, die kleine knorpeligen Wandverstärkungen
mehr aufweisen
Lungen (Pulmones)
 Sie liegen im Thorax rechts und links vom Mediastinum (Mittelteil des Thoraxraumes) in
jeweils einer Pleurahöhle
 Im äußeren Aufbau werden die Lungen in Lungenlappen unterteilt: rechte Lunge mit Ober-,
Mittel- und Unterlappen und die linke Lunge in Ober- und Unterlappen. Jede Lunge wird
zusätzlich in 10 Segmente unterteilt
 Auf der Innenseite jeder Lunge liegt die Lungenpforte oder –wurzel (Hilus) als Eintritt der
Bronchien, Arterien, vegetativen sympathischen und parasympathischen Nerven und als
Austritt der Venen und Lymphgefäße
 Innerer Aufbau: von den Bronchioli terminales (Endverzweigungen des Bronchialbaumes)
zweigen Bronchioli respiratorii (kleine Äste) ab, die jeweils in zwei Alveolengänge münden.
Diese führen in die Alveolensäckchen, in denen die Alveolen dicht an dicht stehen (300 Mio.
in beiden Lungen, entspricht einer dem Gasaustausch dienenden Fläche von 100 m²)
 Ein Acinus ist die Baueinheit der Lunge und wird von den Alveolen (ca. 200) gebildet, die von
einem Bronchiolus terminalis versorgt werden
 Ein Lungenläppchen (an der Lungenoberfläche als polygonale Areale mit einer Kantenlänge
von 0,5-3cm sichtbar) wird aus mehreren Acini gebildet
 Lungengefäße:
- Vasa publica, sie dienen dem Gasaustausch in den Alveolen und bestehen aus einem
Kapillarnetz aus Ästen der Lungenarterien und –venen um die Alveolen
- Vasa privata, sie dienen der Ernährung des Lungengewebes und bestehen aus
Bronchialarterien und –venen
Belüftung der Lungen (Ventilation)
 Lungenvolumen entspricht dem Gasvolumen in den Lungen (ca. 5l)
 Atemzugvolumen ist das normale Atemvolumen pro Atemzug in der Ruhe (ca. 0,5l)
 Das inspiratorische Reservevolumen ist die Luftmenge, die nach normaler Einatmung noch
zusätzlich aufgenommen werden kann (ca. 2,5l)
 Das exspiratorische Reservevolumen ist die Luftmenge, die nach normaler Ausatmung noch
zusätzlich ausgeatmet werden kann (ca. 1,5l)
 Die Vitalkapazität bezeichnet das maximale Atemvolumen: Atemzugvolumen +
inspiratorisches und exspiratorisches Reservevolumen (3-7l), es ist abhängig von Alter,
Trainingszustand, Geschlecht, Körperbau; Maß für die Ausdehnungsfähigkeit von Lunge und
Brustkorb
 Das Residualvolumen ist das Gasvolumen, das auch nach maximaler Ausatmung in den
Lungen verbleibt (etwa 1-2l)
 Die totale Lungenkapazität setzt sich aus Vitalkapazität und Residualvolumen zusammen
 Alle Volumenwerte (außer dem Residualvolumen) lassen sich mit dem Spirometer
(gasdichter Raum  Gas einatmen und ausatmen  Verbinden der Atemwege mit







Spirometer  Veränderungen des Lungenvolumens als Zeitverlauf des Atemvolumens in
Form eines Spirogramms aufzeichnen) ermitteln
Das Residualvolumen lässt sich mit der Fremdgasverdünnungsmethode oder dem
Bodyplethysmographie bestimmen
Das Atemzeitvolumen entspricht dem pro Zeiteinheit ein- und ausgeatmeten Gasvolumen.
Das Atemminutenvolumen ist: Atemzugvolumen x Atemzüge/Minute (Atemfrequenz) und
beträgt in Ruhe ca. 7,5l/min, bei Anstrengung bis zu 100l/min
Der Atemgrenzwert gibt das maximal ventilierbare Gasvolumen/min (120-170 l/min)
Die Alveolarventilation ist der Teil des Atemzeitvolumens, der tatsächlich zu den Alveolen
gelangt und am Gasaustausch teilnimmt (70% = 5,25l)
Das Totraumvolumen ist die ventilierte Luft, die nicht am Gasaustausch teilnimmt, weil sie in
den luftleitenden Wegen verbleibt (ca. 150ml)
Die Totraumventilation ist der Teil des Atemzeitvolumens, der in den luftleitenden Wegen
verbleibt (150ml x 15 Atemzüge = 2,25l = 30%)
Durchmischung der ventilierten Luft: Nach ruhigem Ausatmen verbleiben ca. 3,5l Luft in der
Lunge (Residual- und exspiratorisches Reservevolumen), die sich bei jedem Atemzug mit nur
350ml (1/10) Frischluft (500ml Atemzugvolumen – 150 ml Totraumvolumen) vermischt
Gasaustausch und Blut-Luft-Schranke
 In den von einem Kapillarnetz (Ruhekapillaren für die Dauerdurchblutung und
Arbeitskapillaren bei erhöhtem Sauerstoffbedarf) umgebenen Alveolen findet der
Gasaustausch statt. Kleine Alveolarzellen und große Alveolarzellen produzieren
oberflächenaktiven „Surfactant“ (kleidet die Lungenbläschen innen aus und verhindert durch
eine Herabsetzung der Oberflächenspannung, dass die Alveolen während der Ausatmung
zusammenfallen)
 Die Partialdrücke der Atemgase addieren sich zum Gesamtdruck des Gasgemisches
(atmosphärischer Luftdruck). Er nimmt mit zunehmender Höhe über dem Meeresspiegel ab,
während die Zusammensetzung der Atemgase in der Atmosphäre relativ konstant ist
(Luftdruck auf Meeresniveau: 760 mmHg oder 101,3 kPa):
- 78,1 l Vol.-% Stickstoff (l Vol.-% ist alte Norm, heutzutage SI-Norm, also 0,781)
- 20,9 l Vol.-% Sauerstoff
- 0,03 l Vol.-% Kohlendioxid sowie Spuren von Edelgasen
 Die alveoläre Atemgaszusammensetzung beträgt: 14% Sauerstoff (100 mmHg), 5,6%
Kohlendioxid (40 mmHg), Wasserdampf (47 mmHg, wird während der Passage über die
feuchten Schleimhäute der oberen und unteren Luftwege beigemischt), Stickstoff, Spuren
von Edelgasen.
 Da sich die Ausatmungsluft mit dem Totraumvolumen vermischt, ist der sauerstoffgehalt im
Vergleich zur alveolären Zusammensetzung etwas höher (16%) und der Kohlendioxidgehalt
etwas niedriger (4%)
 Durch den Gasaustausch in der Lunge wird aus sauerstoffarmen, kohlendioxidreichen
venösem Blut sauerstoffreiches, kohlendioxidarmes arterielles Blut. Treibende Kräfte für die
Diffusion der Atemgase ist das Partialdruckgefälle der Atemgase zwischen Alveolen
(Sauerstoff 100 mmHg, Kohlendioxid 40 mmHg) und venösem Kapillarblut (Sauerstoff 40
mmHg, Kohlendioxid 46 mmHg). Nach Angleich der Partialdrücke zwischen Blut und Alveolen
hat das arterielle Kapillarblut einen Sauerstoffpartialdruck von 100 mmHg (Kohlendioxid 40
mmHg)
 O2-Bindungskurve des Blutes: Sauerstoff wird reversibel ans Hämoglobin der Erythrozyten
gebunden und in sauerstoffarmer Umgebung relativ leicht abgegeben. (abhängig vom O2Partialdruck!! – je höher der PD, desto mehr O2 wird gebunden).
 Die große Gasaustauschfläche aller Alveolen (100m²) und der kleine Diffusionsweg durch die
1 µm dicke Blut-Luft-Schranke (Kapillarendothel, Alveolenwand, gemeinsame
Basalmembran) ergeben einen effektiven Diffusionsprozess. Voraussetzungen sind die

ausreichende Ventilation der Alveolen und eine genügende Durchblutung der
Lungenkapillaren
Geringer Diffusionswiderstand der Blut-Luft-Schranke für CO2, darum reicht die relativ kleine
Partialdruckdifferenz von 6 mmHg völlig aus
Atemregulation (AR)
Zentrale Atemregulation
 Zentral gesteuerter Mechanismus, der durch rückgekoppelte Atemreize ständig an die
Bedürfnisse des Organismus angepasst wird
 Atembewegungen von Brustkorb und Zwerchfell werden durch rhythmische Erregung von
Nervenzellen des Atemzentrums im verlängerten Rückenmark (RM) koordiniert
 Inspiratorische Neurone  Nervenimpulse über RM zu Einatmungsmuskeln  Vergrößerung
des Brustkorbs  Dehnung der Lungen
 Führt zur Erregung von Dehnungsrezeptoren  Nervenimpulse zum Atemzentrum 
Hemmung der Zellen für Einatmung  gleichzeitige Erregung der exspiratorischen Neurone
Chemische Atemregulation
 Hauptrolle bei der Regulation der Atmung spielen die Veränderungen der arteriellen Blutgase
(Partialdrücke von CO2 und O2) sowie Veränderungen des arteriellen pH-Wertes
(Konzentration der Wasserstoffionen im Blut)
 AR steht im Dienste der Homöostase  Anpassung an die SW-Leistungen des Organismus
 Periphere Chemorezeptoren messen vor allem eine Verringerung des arteriellen O2Partialdrucks
 Zentrale Chemorezeptoren reagieren auf einen CO2-Anstieg und damit verbundener Abfall
des pH-Wertes im Blut und Gehirnflüssigkeit (passiert das, wird Atmung verstärkt, bis
genügend O2 vorhanden ist)
 3 chemische Atemreize: CO2 (stärkste Wirkung), O2 und Wasserstoffionenkonzentration
 CO2-Partialdruck von 46mmHg auf 70mmHg  Ventilation wird um das 8 bis 10fache
gesteigert; weitere Erhöhung  Lähmung des Atemzentrums (Atemstillstand)
Unspezifische Atemreize
 Schmerz- und Temperaturreize
 Psychische Erregung (Angst)
 Arterielle Druckreize von Pressorezeptoren (nach Blutdruckabfall)
 Muskelarbeit
 Hormone
Atemmechanik
Intrapulmonaler Druck
 Gasaustausch zwischen Lungenbläschen und Umwelt bedingt durch unterschiedliche Drücke
 Einatmung: niedriger Druck in der Lunge als außen
 Ausatmung: höherer Druck als außen
 Um Druckdifferenz herzustellen  Lungenvolumen bei Inspiration vergrößern
(Brustkorberweiterung), bei Exspiration verkleinern
 Unterdruck im Pleuraspalt  Lungen folgen den Bewegungen passiv
 Zwerchfellatmung wird durch Rippenatmung unterstützt
Inspiration
 Kontraktion Zwerchfellmuskulatur  Sehnenplatte des Zwerchfells verlagert sich nach unten
 Entfaltung des Raumes zwischen Zwerchfell und Brustraum
 Neuer Raum wird durch Zunahme des Lungenvolumens gefüllt


Rippenmuskeln heben den Brustkorb aktiv und erweitern ihn auf Grund der schräg gestellten
Rippen
Treppenmuskeln und andere Atemhilfsmuskeln heben Brustkorb bei forcierter Atmung
ebenfalls an
Exspiration
 Passive Verkleinerung des Brustraumes, die Luft wird ausgestoßen, die Lungen folgen passiv
durch Unterdruck im Pleuraspalt
 Erschlaffung des Zwerchfells  wegen des Drucks im Bauchraum wird’s nach oben gepresst
(Druck kann durch Bauchpresse der Bauchwandmuskeln zusätzlich erhöht werden)
 Elastischer Aufbau des Brustkorbs  Rückkehr in die sog. Atemruhelage
 Forcierte Ausatmung  innere Rippenmuskeln und latissimus dorsi senken den Brustkorb
und verkleinern ihn
Atmungswiderstände (AW)
 Elastische und visköse AW
 Wegen Eigenelastizität der Lunge und Oberflächenspannung der Alveolen  Bestreben der L
nach Verkleinerung  Im Pleuraspalt entsteht ein Unterdruck (siehe oben)  Flüssigkeit im
PS kann sich nicht ausdehnen  Lunge bleibt am Brustkorbinnern haften
 Luft in PS wegen Verletzung  Lunge zieht sich zur Lungenwurzel wegen den elastischen
Fasern zusammen
 Strömungs- und Reibungswiderstände sind abhängig vom von Querschnitt und Länge der zuund ableitenden Atemwege und müssen sowohl bei der Ein- als auch bei der Ausatmung
überwunden werden (z.B. Erschwerung der Atemmechanik durch vermehrte
Schleimproduktion der Bronchien bei allergischem Asthma)