Das Respiratorische System Teil 1
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Das Respiratorische System Teil 1 Helfergrundausbildung Bendorf 2005 Lehrgangsleitung : Alexander Ghabour, Ghabour, Dirk Kremer Atmung Atmungssystem = Respiratorisches System Äußere Atmung : Der Gasaustausch zwischen der Umgebungsluft und dem Blut im Alveolar- Kapillarsystem der Lunge Innere Atmung : Der Gasaustausch zwischen dem Sauerstoffträger im Blut und den Körperzellen 1 Aufgaben der Atmung Jede Zelle des Körpers mit Sauerstoff zu versorgen Einatemluft weiterleiten Einatemluft erwärmen Einatemluft anfeuchten Einatemluft filtern Abfallgase ausstoßen Atmungsorgane Nase ( Nasus ) Rachen ( Pharynx ) Kehldeckel ( Epiglottis ) Abgrenzung Kehlkopf ( Larynx ) Luftröhre ( Trachea ) Bronchien Bronchiolen Lungenbläschen ( Alveolen ) 2 Totraumvolumen Das gesamte luftleitende System nimmt ein gewisses Volumen ein, das auch respiratorischer Totraum genannt wird. Das Volumen errechnet sich nach einer Faustformel mit 2 ml pro kg Kö Körpergewicht. Bei jedem Atemzug treten etwa 500 ml Luft in den Respirationstrakt ein. Davon gelangen nur etwa 2/3 in die Lungenalveolen. Lungenalveolen. Der Rest bleibt in den Atemwegen wie Kehlkopf, Luftrö Luftröhre und Bronchien. Das Totraumvolumen kann somit nicht am Gasaustausch teilnehmen. Nase ( Nasus ) Äußerer sichtbarer Teil: knö knöchernes Nasenbein seitliche Nasenknorpel groß große Nasenflü Nasenflügelknorpel kleine Nasenflü Nasenflügelknorpel Nasenscheidewand ( Septum ) Nasenlö Nasenlöcher. Innerer Teil: Nasenscheidewand Nasenmuscheln ( Conchae ), Obere und untere Begrenzung der Nasenhö Nasenhöhle bilden der Gaumenknochen und die Schä Schädelbasis. 3 Nase ( Nasus ) Kleine Öffnungen stellen eine Verbindung zu den Nasennebenhö Nasennebenhöhlen her. Die Nasennebenhö Nasennebenhöhlen befinden sich im Stirnbeinknochen hinter den Augenbrauen, im Oberkieferknochen hinter den Wangen und im Dreieck zwischen Augen und Nase. Ausgekleidet werden die inneren Oberflä Oberflächen der Nase durch eine stark durchblutete Schleimhaut mit Flimmerhä Flimmerhärchen ( Zilien ). Physiologie Nasenschleimhäute produzieren ca. 50 ml Schleim pro Tag: Staubpartikel aus der Einatemluft an der Oberflä Oberfläche zu binden Einatemluft anfeuchten Flimmerschlag der Zilien (=Flimmerhaare): Staubpartikel in Richtung Rachen transportiert und durch Schlucken auf den Verdauungsweg aus dem Körper entfernt. Staubpartikel durch Schnupfen oder Niesen aus den Atemwegen entfernen 4 Physiologie Die Anwärmung der Einatemluft erfolgt durch ein feines Geflecht an kleinsten Blutgefäßen, dass die Schleimhaut durchzieht. Die Funktion der Nasennebenhöhlen sind zum einen die Gewichtsersparnis des Schädels sowie ein Resonanzkörper der Stimme. Die Tränenkanäle der Augen münden in die Nasenhöhlen, wodurch überflüssige Tränenflüssigkeit abtransportiert wird. Außerdem bildet das Dach der Nasenhöhle den Sitz von zahlreichen Riechsinneszellen. Rachen ( Pharynx ) Der oberer Teil des Rachens ist fest mit der Schä Schädelbasis verbunden, der untere Teil des Rachens hat eine elastische Verbindung zu den Knorpeln des Kehlkopfes und der Speiserö Speiseröhre. Direkt hinter dem Rachen verlä verläuft die Halswirbelsä Halswirbelsäule. Die Oberflä Oberfläche des Rachens besteht aus einer aktiven Schleimhaut und ist mit glatten Muskelgewebe durchzogen. Der Rachenraum wird nochmals in drei Bereiche eingeteilt, in den Nasenrachen, den Mundrachen und den Halsrachen. 5 Rachen ( Pharynx ) Nasenrachen: Erstreckt sich von der Schädelbasis bis zum Gaumensegel und bildet die hintere Fortsetzung der Nasenhöhlen. Mundrachen: Erstreckt sich vom Gaumensegel hinter dem Mundraum entlang bis zum Kehldeckel. Halsrachen : Erstreckt sich vom Kehldeckel abwärts bis zum Kehlkopf und zur Speiseröhre. Physiologie Neben seiner Funktion als Atemweg ist der Rachen auch Transportweg von Nahrung und Flüssigkeit. Hier erfolgt die Trennung von Atemluft und Speisen. Die Schleimhäute des Rachens bilden reichlich Schleim ( ca. 1,7 l pro Tag ), um die Einatemluft anzufeuchten und den Speisebrei aufzubereiten. Eine Reizung des Rachens kann Husten, Niesen ( Schutzreflexe ) oder Erbrechen auslösen. 6 Kehldeckel ( Epiglottis ) knorpelartige, löffelförmige Struktur oberhalb des Kehlkopfes. Er streckt sich bei geöffneten Atemwegen nach oben. Die obere Abgrenzung des Kehldeckels erfolgt am Zungengrund. Beim Schluckvorgang senkt sich der Kehldeckel auf den aufgerichteten Kehlkopf und verschließt so die unteren Atemwege gegen Fremdkörper. Kehldeckel ( Epiglottis ) 7 Kehlkopf ( Larynx ) Verbindung zwischen Kehldeckel und Luftrö Luftröhre. Er ist ein Knorpelgerü Knorpelgerüst in Rö Röhrenform auf dessen Oberrand der Kehldeckel sitzt. Der größ te Knorpel ist der Schildknorpel, der an der größte Vorderseite des Halses gut zu erkennen. Unter dem Schildknorpel folgt als Verbindungsstü Verbindungsstück zur Luftrö Luftröhre der siegelringfö siegelringförmige Ringknorpel, dessen Verdickung nach hinten gerichtet ist. Die Auskleidung des Kehlkopfes ist ähnlich der Nasenschleimhaut, bis auf Stimmbä Stimmbänder und Kehldeckel. Kehlkopf ( Larynx ) Beim Schluckvorgang trä trägt der Kehlkopf dazu bei, die unteren Atemwege gegen Fremdkö Fremdkörper zu verschließ verschließen. Aufgrund der Beherbergung der Stimmbä Stimmbänder ist er das Hauptorgan der Stimmbildung. Seine Festigkeit und Beweglichkeit erhä erhält der Kehlkopf durch neun Knorpelstü Knorpelstücke, die durch Bä Bänder sowie durch an InnenInnen- und Auß Außenseite verlaufende Muskeln verbunden sind. Gelangen Fremdkö Fremdkörper an die Innenwandungen des Kehlkopfes, so kommt es zum Hustenreflex. Die Stimmritze schließ schließt sich und es kommt zu einem reflektorischen Hustenstoß Hustenstoß, der die Stimmritze aufsprengt und Fremdkö Fremdkörper in den RachenRachen- und Mundraum zurü ü ckschleudert. zur 8 Luftröhre ( Trachea ) Die Trachea schließ schließt nach oben, durch elastisches Bindegewebe, an den Ringknorpel des Kehlkopfes an. Beim Erwachsenen ist die Trachea durchschnittlich 10 15 cm lang und hat eine muskulö muskulöse C-förmige Struktur. An der Hinterwand, zur Speiserö Speiseröhre hin, ist die Trachea abgeflacht. Ihr Aufbau besteht aus 16 - 20 Knorpelspangen, die durch elastisches Bindegewebe verbunden sind. Ausgekleidet ist sie durch eine Schleimhaut mit Flimmerepithel. In Hö Höhe des 4. - 5. Brustwirbels teilt sich die Trachea (Bifurcation ) in den rechten und linken Stammbronchus. Luftröhre ( Trachea ) 9 Luftröhre ( Trachea ) Durch die Knorpelspangen behä behält die Trachea auch bei einem Unterdruck, bzw. bei extremen Verschrä Verschränkungen, ihren Durchmesser offen. Das elastische Bindegewebe zwischen den Knorpelspangen verleiht der Trachea eine Lä Längsngs- und Querelastizitä Querelastizität. Die schleimbildenden Becherzellen und das Flimmerepithel dienen ebenfalls dem Anwä Anwärmen, Anfeuchten und Reinigen der Einatemluft. Durch den Flimmerschlag der Zilien werden Schleim und Fremdkö Fremdkörper stä ständig in Richtung Rachen transportiert, von wo aus sie verschluckt werden. Stammbronchien Verbindung zwischen der Trachea und den Bronchien der einzelnen Lungenlappen Sie sind nur wenige Zentimeter lang. Die Wandstruktur der Stammbronchien ist ähnlich der Trachea, jedoch mit runden Knorpelspangen sowie einer Schleimhaut mit Flimmerepithel. Der rechte Stammbronchus verlä verläuft etwas steiler als der linke. Der linke Stammbronchus teilt sich weiter in zwei, der rechte in drei Bronchien. An den Eintrittsstellen der Stammbronchien verlaufen auch die groß e. Die Eintrittsstellen großen zuzu- und abfü abführenden Blutgefäß Blutgefäße. werden auch als Lungenhilus bezeichnet. 10 Bronchien Verbindung zwischen den Stammbronchien und den Bronchiolen. Durch mehr als zwanzig Teilungen im Verlauf eines Bronchus entsteht das verzweigte System des Bronchialbaumes. Die stabilen Knorpelspangen der Stammbronchien sind in den Strukturen der Bronchien nicht mehr anzutreffen, sie werden durch kleine unregelmäß ig verteilte Knorpelplä unregelmäßig Knorpelplättchen ersetzt. Mit abnehmendem Innendurchmesser nimmt der Anteil an glatter Muskulatur in den Wandungen immer mehr zu. Weiterhin ist der Bronchialbaum mit einem feinem Nervengeflecht durchzogen. Seine Auskleidung besteht ebenfalls aus einer Schleimhaut und Flimmerepithel. Bronchien Wie im übrigen luftleitenden System wird die Einatemluft erwärmt, angefeuchtet, weitergeleitet und gefiltert. Durch den Flimmerschlag des Epithels werden Schmutzpartikel und Schleim ständig in Richtung Trachea befördert. Durch das Nervengeflecht und die Muskelfaserzüge wird der Durchmesser der Bronchien aktiv reguliert. 11 Bronchiolen Feinste Verzweigungen des Bronchialbaumes mit einem Innendurchmesser von weniger als 1 Millimeter. Verbindung zwischen Bronchien und den Alveolargä Alveolargängen der Alveolen dar. Bei den Bronchiolen fehlen die Knorpeleinlagen gä gänzlich. Die Bronchiolen sind mit einer Vielzahl glatter Muskelfaserzü Muskelfaserzügen umgeben Jede Bronchiole teilt sich nochmals in ca. 5 Alveolargä Alveolargänge. Die Funktion der Bronchiolen bestehen im Anfeuchten, Anwä Anwärmen, Filtern und Weiterleiten der Einatemluft. Durch die glatte Muskulatur der Bronchiolen wird der ZuZu- und Abstrom der Atemluft aktiv mitreguliert. Alveolen ( Lungenbläschen ) Die Alveolen sind über die Alveolargä Alveolargänge mit den Bronchiolen verbunden. An den Alveolargä Alveolargängen liegen die Alveoli dicht gepackt, ähnlich Weintrauben am Ast. Durch die Blä Bläschenstruktur der Alveolen erhä erhält die Lunge eine innere Oberflä ä che von ca. 100 Quadratmetern. Oberfl Die Alveolen sind durch einen besonderen Typ von Alveolarepithelzellen in der Lage Fremdkö Fremdkörper wie z. B. kleine Ruß Rußteilchen zu phagozytieren (=in sich aufzunehmen) Die Alveolen werden auß außen von feinsten Kapillaren umsponnen. Die Trennung von AlveolarAlveolar- und Kapillarsystem erfolgt durch die Basalmembran, eine halbdurchlä halbdurchlässige Membran, die gerade 1/1000 Millimeter dick ist. 12 Alveolen ( Lungenbläschen ) In den Alveolen sind Blut und Luft nur durch die sogenannte BlutBlut-LuftLuft-Schranke voneinander getrennt. Eine semipermeable Membran, die es ermö ermöglicht, je nach Konzentrationsgefä Konzentrationsgefälle Stoffe hindurchzulassen. Physiologisch passiert der Sauerstoff der Einatemluft die Membran und wird im Kapillarsystem der Lunge aufgenommen. Hauptsä Hauptsächlich Kohlendioxid, aber auch andere Abfallgase, nehmen den umgekehrten Weg durch die Membran und werden ausgeatmet. Da auch andere Stoffe, wie z. B. Alkohol, aus dem Blut die Basalmembran durchdringen und mit der Ausatemluft abgegeben werden, zä zählt die Lunge auch zu den Ausscheidungsorganen. Die Alveolen gehö gehören zum gasaustauschenden System. Lunge ( Pulmones ) Die Lungen ( rechte und linke ) liegen in der Brusthö Brusthöhle und werden medial ( zur Mitte ) durch das Mediastinum begrenzt, eine Membran, die sich von der Wirbelsä Wirbelsäule auf der Rü Rückseite bis zum Sternum auf der Vorderseite erstreckt. Die Auß Außenseite der Lungen liegen an den Rippen an. Nach unten ( caudal ) werden die Lungen vom Zwerchfell (Diaphragma ) begrenzt ( Lungenbasis ). Die Spitzen beider Lungen ragen über die Schlü Schlüsselbeine geringfü geringfügig hinaus. Zwischen linken und rechten Lungenflü Lungenflügel ( im Mediastinum ) liegt das Herz. Durch die seitliche Verschiebung des Herzens nach links ist die rechte Lunge größ er als die linke Lunge. größer 13 Lunge ( Pulmones ) Die rechte und linke Lunge besitzen Spalten, welche die Gesamtstruktur in kleinere Lappen aufteilen. Die linke Lunge besitzt nur eine horizontale Fissur ( Spalte ), die sie in zwei Lappen ( oberen und unteren ) unterteilt. Die rechte Lunge weist sowohl eine horizontale als auch eine schrä schräge Fissur auf, die sie in drei Lappen aufteilen ( oberen, mittleren und unteren ). Wegen dieses dritten Lappens ist der rechte Lungenflü er als der linke und reicht auch weiter Lungenflügel größ größer in die Bauchhö Bauchhöhle hinein. Beide Lungen sind von einer dü en versorgten dünnen, mit Gefäß Gefäßen Hülle, überzogen, dem Lungenfell ( Pleura pulmonalis bzw. Pleura visceralis ). Zu den Strukturen der Lungen gehö gehören: Stammbronchien, Bronchien, Bronchiolen, Alveolarsystem und das Kapillarsystem. Lunge ( Pulmones ) Durch die Kontraktion des Zwerchfells und der Rippenzwischenmuskulatur bei der Inspiration (Einatmung) vergrößert die Lunge ihr Volumen, so daß durch den entstehenden Unterdruck Einatemluft einströmt. Somit handelt es sich bei der Inspiration um aktive Muskelarbeit. Die Exspiration erfolgt durch das Erschlaffen von Diaphragma und Intercostalmuskulatur und ist somit ein passiver Prozess. 14 Lunge ( Pulmones ) Pleura Anatomisch lässt sich die Pleura in drei Schichten unterteilen: Lungenfell ( Pleura pulmonalis oder visceralis ) Pleuraspalt Rippenfell ( Pleura parietalis oder costalis) costalis) Das Rippenfell kleidet die Brustwand, das Zwerchfell und das Mediastinum aus, das Lungenfell die Oberfläche der Lungen. Die Oberfläche beider Felle zueinander ist „spiegelglatt “ und der Spalt ( Pleuraspalt ) zwischen ihnen ist mit einer serösen Flüssigkeit gefüllt. 15 Pleura Durch den Pleuraspalt, kommt es zu einer Anhaftung zwischen dem Lungenfell, dass fest mit den Strukturen der Lunge und dem Rippenfell, das fest mit den Strukturen von Rippen, Mediastinum und Diaphragma verbunden ist. Die Anhaftung erfolgt ähnlich wie bei zwei Glasscheiben, die angefeuchtet und aufeinander gelegt werden ( Adhäsionskräfte ). Zwerchfell ( Diaphragma ) Das Zwerchfell ist eine breite gewölbte Muskelplatte, deren Aufbau aus Muskeln und Bindegewebe besteht. Es ist kuppelartig gegen die Brusthöhle gerichtet und trennt Brust- und Bauchhöhle voneinander. Zwischen Herz und Diaphragma besteht über das Perikard eine feste Verbindung. Für die großen Gefäße ( Aorta und Vena Cava Inferior ) und für die Speiseröhre gibt es Durchtrittsstellen. 16 Zwerchfell ( Diaphragma ) Zwerchfell ( Diaphragma ) Inspiration: Durch Kontraktion des Zwerchfells senkt es sich um ca. 3 – 4 cm in den Bauchraum. Die fest anhaftenden Lungen folgen dieser Bewegung und vergröß ern so ihr Volumen. vergrößern Atemluft strö strömt durch den Unterdruck über die oberen Atemwege bis in die Alveolen nach. Unterstü Unterstützend kontrahiert die Rippenzwischenmuskulatur und erweitert so das Thoraxskelett nach vorne und in geringem Maß Maße zur Seite. Bei Atemnot kö können die zwei Inspirationsmechanismen noch durch die Atemhilfsmuskulatur ( Brustmuskel, Schultermuskulatur und Oberarmmuskulatur ) ergä ergänzt werden. Bei der Inspiration wird aktive Muskelarbeit geleistet. 17 Zwerchfell ( Diaphragma ) Exspiration: Die Exspiration ist ein überwiegend passiver Prozeß Prozeß. Erschlaffung von Intercostalmuskulatur und Diaphragma. In Folge seiner Eigenelastizitä Eigenelastizität verengt sich der Thorax und das überschü berschüssige Volumen wird aus den Lungen über die oberen Atemwege abgegeben. Die Zwerchfellarbeit wird auch als sogenannte Bauchpresse bezeichnet, die bei den Geburtswehen und beim Stuhlgang hilfreiche Dienste leistet. Das Zeitverhä Zeitverhältnis von InIn- zur Exspiration beträ beträgt physiologisch ca. 1 – 1,5. Gasaustausch Um den Kö Körper mit Sauerstoff zu versorgen, muß muß das sauerstoffarme, mit Kohlendioxid beladene Blut, in einem Zeitraum von 0,3 Sekunden mit Sauerstoff versorgt werden. Dazu diffundiert der Sauerstoff aus der sauerstoffreichen Einatemluft durch - das Alveolarendothel - die Basalmembran - das Kapillarendothel Gleichzeitig diffundiert das Kohlendioxid in entgegengesetzter Richtung. Der gesamte Vorgang wird als Gasaustausch bezeichnet. 18 Gasaustausch Bei einem Vergleich von Ein - und Ausatemluft stellt man fest, dass sich die Volumenkonzentration von Sauerstoff und Kohlendioxid nur geringfü geringfügig ändern: Ausatemluft Einatemluft 21 % O 2 17 % O2 0,04 % CO 2 4,04 % CO 2 78 % N 2 78 % N2 0,96 % Edelgase 0,96 % Edelgase Nicht einmal 10 % Gas wird ausgetauscht und ca. 90 % werden nur hin und herbewegt. Sauerstofftransport im Blut Der über die Lunge aufgenommene Sauerstoff diffundiert sofort in die roten Blutkörperchen (Erythrozyten). Der Sauerstoff lagert sich an das Eisenatom des Hämoglobin ( roter Blutfarbstoff ) an. Die Abgabe des Sauerstoff´s erfolgt wiederum in den kleinsten Kapillaren des Gewebes. Der Sauerstoff diffundiert aus dem arteriellen sauerstoffreichen Blut in die sauerstoffarmen Zellen. 19 Kohlendioxidtransport im Blut Auf seinem Weg von den Kö Körperzellen zur Lunge besitzt das Kohlendioxid unterschiedliche Transportvehikel. So ist ein Teil physikalisch im Blutplasma gelö gelöst. Ein weiterer Teil lagert sich an Stelle des Sauerstoffs an das Hämoglobin. Auß Außerdem geht das Kohlendioxid labile chemische Bindungen als Bikarbonat ( HCO 3 - ) im Erythrozyten und als Bikarbonat ( HCO 3 - ) im Plasma ein. In der Lunge diffundiert das Kohlendioxid dann schließ schließlich aus dem Blutkreislauf in die Lunge heraus. Atemregulation durch das vegetative Nervensystem Die Atemregulation erfolgt in Anpassung an den Sauerstoffbedarf des Kö Körpers. Dazu werden alle vom vegetativen Nervensystem erfassten Daten analysiert und bewertet. Für die Verarbeitung der Daten und eine angemessene Reaktion ist das Atemzentrum im verlä verlängerten Mark zustä ä ndig ( Medulla oblongata ). zust Das Atemzentrum reagiert in folgender Reihenfolge auf die Parameter : 1 . Kohlendioxidgehaltes des Blutes 2 . pH - Wert des Blutes 3. Sauerstoffmangel 20 Medulla Oblongata Die Medulla oblongata ist der unterste Teil des Hirnstammes Verbindung zwischen Gehirn und Rü Rückenmark. Sie sitzt genau über dem Foramen magnum im Schä Schädel vor dem Kleinhirn und enthä enthält eine Reihe von Nervenzentren, die zustä zuständig fü für die Steuerung unwillkü unwillkürlicher Prozesse wie Herzschlag, Atmung und Regulierung der Kö Körpertemperatur sind. Sie ist nur etwa ein Zoll ( 2,5 cm ) breit und macht weniger als 1% des Gewichts des zentralen Nevernsystems aus. Medulla Oblongata 21 Spirometrie 22
