Atmung

Unter Atmung (lat.: Respiratio) versteht man allgemein den aeroben, das heißt Sauerstoff verbrauchenden Abbau (Dissimilation) von Stoffen zur Energiegewinnung und die damit einhergehende Abgabe von Kohlendioxid. In der Pflanzenwelt findet neben der Atmung (dem Abbau) auch Aufbau (Assimilation) statt. Einige Mikroorganismen können ihre Energieäquivalente auch ohne Sauerstoff als Elektronenakzeptor gewinnen, sie bestreiten also eine Anaerobe Atmung.

In der Biologie des Tierreiches wird dabei nach anatomisch/physiologischen und biochemischen Aspekten die äußere von der inneren Atmung (Zellatmung) unterschieden.

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Äußere Atmung

Man unterscheidet:

• die Hautatmung, bei der der Gasaustausch über die gesamte Körperoberfläche erfolgt.
• die Kiemenatmung, bei der der Gasaustausch über dünne, durchblutete Hautausstülpungen, die Kiemen, erfolgt. Sie kommt bei vielen Wirbellosen, darunter auch Landtieren, und bei Fischen vor.
• die Tracheenatmung über röhrenförmige Einstülpungen der Körperhaut. Sie kommt bei Insekten, Spinnen und Tausendfüßern vor. Siehe Tracheen.
• die Lungenatmung mit Hilfe von in den Körper eingestülpten Säcken, die als Lungen bezeichnet werden. Sie kommt zum Beispiel bei lungenatmenden Schnecken und bei Amphibien, Reptilien, Vögeln und Säugetieren einschließlich des Menschen vor.
• Gasaustausch der Pflanzen bei der Photosynthese über die Stomata.

Die Atmungsfunktion ist artenspezifisch fixiert: Säuger etwa können nicht Wasser atmen, Fische nicht Luft. Der Grund für letzteres liegt darin, dass die zarten Kiemenblättchen, die ihre Ausbreitung durch das Wasser erhalten, an der vergleichsweise dünnen Luft in sich zusammenfallen, womit der Gasaustausch weitgehend behindert ist. In die Lungenbläschen eindringendes Wasser anderseits kann aufgrund seines vergleichsweise zu Luft hohen spezifischen Gewichtes nur schwer gegen die Schwerkraft-Wirkung ausgeatmet werden, es tritt Ersticken ein.

Atemwege der Säuger

Beim Atmen strömt die Luft durch den Mund oder durch die Nase in den Körper. Wird durch die Nase eingeatmet, wird die Luft zunächst durch Haare der Nase und Schleimhäute gereinigt, angefeuchtet und angewärmt. Anschließend gelangt die Atemluft über den Rachenraum vorbei an Kehlkopf und Stimmlippen in die Luftröhre.

Die Luftröhre verzweigt sich in die beiden Äste der Bronchien, die sich immer weiter als Bronchiolen verzweigen. Am Ende befinden sich die Lungenbläschen in der Lunge, durch deren dünne Membran Sauerstoff in die Blutgefäße übertritt und auf umgekehrtem Weg Kohlendioxid aus dem Blut an die Lunge abgegeben wird.

Atemmechanik der Säuger

Bei der Einatmung vergrößert sich durch das Zusammenziehen der Inspirationsmuskeln das Volumen des Brustkorbes. Dabei dehnt sich die Lunge aus und es entsteht ein Unterdruck, Luft strömt durch die Atemwege in die Lunge. Damit sich die Lunge mit dem Brustkorb ausdehnen kann, befindet sich die Pleura zwischen Lunge und Brustkorb beziehungsweise Zwerchfell. Das die Lunge umgebende Lungenfell und die an der Innenseite des Brustkorbs (Brustfell) sowie auf dem Zwerchfell und dem Mediastinum liegende Pleura parietalis kleben dabei aneinander wie zwei Glasplatten, zwischen denen sich eine Flüssigkeit befindet. Das ermöglicht einerseits die Verschiebbarkeit der beteiligten Strukturen und verhindert andererseits durch den im Brustraum vorhandenen Unterdruck einen Kollaps der Lungen beziehungsweise ermöglicht deren Entfaltung.

Beim Einatmen dehnt sich durch Senkung des Zwerchfells die dementsprechende Muskulatur des Rumpfs. Das bewirkt, dass sich zum Beispiel der Bauch dabei nach vorne wölbt.

Bei der Ausatmung entspannt sich die Atemmuskulatur und die Luft wird durch das Zusammenziehen der elastischen Fasern in der Lunge wieder durch die Atemwege hinausgedrückt. Bei forcierter Ausatmung oder chronischen Lungenerkrankungen wird zur Ausatmung auch die exspiratorische Atemhilfsmuskulatur eingesetzt.

Atemsteuerung der Säuger

Gesteuert wird die Atmung durch das Gehirn beziehungsweise das Atemzentrum im verlängerten Rückenmark. Ausschlaggebend ist dabei die Reaktion von Chemorezeptoren auf den Kohlenstoffdioxid-Gehalt des Blutes. Übersteigt dieser einen gewissen Schwellenwert, setzt der Atemreiz ein. Rezeptoren die auf den pH-Wert des arteriellen Blutes sowie einen Sauerstoffmangel reagieren, haben nur eine zweitrangige Bedeutung als Atemreiz.

Über die sensiblen Fasern des Nervus vagus wird auch die Ausdehnung der Lunge erfasst. Überschreitet diese ein gewisses Maß, so wird die Respiration reflektorisch begrenzt.

Messgrößen

Atemfrequenz des Menschen

Die durchschnittliche Zahl der Ein- und Ausatmungen pro Zeiteinheit, die Atemfrequenz f), beträgt unter Ruhebedingungen

Atemzugvolumen des Menschen

Das Atemzugvolumen bei einem Erwachsenen beträgt in Ruhe zwischen 0,5 und 1,0 Liter.

Atemminutenvolumen des Menschen

Das Atemminutenvolumen V_min ist das Produkt der Atemfrequenz f_min und dem Atemzugvolumen V_Zug:

Beispiel: 70 Atemzüge/min und 70 ml Luft pro Atemzug

         70 (Zug)min x 70 ml = 4900 ml/min

Totraumvolumen des Menschen

Das Totraumvolumen V_tot ist die Luftmenge, die nicht aktiv am Gasaustausch beteiligt ist, also bei der Atmung im gasleitenden System (Raum zwischen Mund und Lungenbläschen) „stehen bleibt“. Das Totraumvolumen beträgt ca. 2 ml pro Kilogramm Körpergewicht. Bei einem Erwachsenen entspricht dies etwa 150-200 ml.

Atemluft in einem Leben

Ein Mensch atmet in seinem Leben (68 Jahre) durchschnittlich ca. 300.000 m³ Luft ein. Jährlich atmet ein Mensch somit ca. 350 kg CO₂ aus (pro Tag also ca. 1 kg).

Atemdruck

Der Atemdruck des erwachsenen Menschen bewegt sich normalerweise um die 50 mbar, maximal werden ca. 160 mbar erreicht.

Pathologische Atmungsformen

Die Störungen der Atmung werden in der ICD-10 unter den Symptomen, die das Kreislaufsystem und das Atmungssystem betreffen als R06 zusammengefasst. (Die folgenden Beispiele dienen zunächst nur als Arbeitsgrundlage!)

• Biot-Atmung

(Zeichen für zentrale Atemstörung; Atmung typisch für Hirnverletzung (Schädel-Hirn-Trauma, betroffen: Stammhirn), erhöhten Hirndruck oder Meningitis)

• Cheyne-Stokes-Atmung

(Zeichen für zentrale Atemstörung; Atmung typisch für Hirnverletzung (z. B. Schädel-Hirn-Trauma, betroffen: Großhirn)

• Hyperventilation; exklusive psychogene Hyperventilation!
• Kussmaul-Atmung (Typisch für diabetische Ketoazidose; daraus folgt eine Hyperventilation)
• Mundatmung, Schnarchen
• Obstruktives Schlafapnoe-Syndrom
• Seufzeratmung
• Schnappatmung
• Schluckauf; exklusive psychogener Singultus
• Stridor

Atemtherapie

Die klinische Atemtherapie befasst sich mit den Krankheiten und Funktionsstörungen von Lunge und Stimmapparat.

Innere Atmung

Als innere Atmung oder Zellatmung werden jene Stoffwechselprozesse bezeichnet, welche dem Energiegewinn der Zellen dienen. Insbesondere versteht man hierunter die biochemischen Vorgänge der Atmungskette in der inneren Membran der Mitochondrien, an deren Ende ATP synthetisiert wird.

Der Sauerstoff aus der Lunge wird über das Blut zu Zellen und Geweben weitergeleitet. Das Kohlenstoffdioxid wird aus Zellen und Geweben über das Blut zur Lunge geleitet und dann 'ausgeatmet'.

Äußere Atmung

Die Äußere Atmung ist das normale Ein- und Ausatmen der Luft in unser Lungensystem.

Zusammensetzung der Aus- und Einatemluft

^[1]

Siehe auch

• Atem
• Atembreite
• Atemgift
• Atemschutz
• Atemschutzreflex
• Atemspende
• Atemtherapie
• Bauchatmung
• Beatmung
• Brustatmung
• Husten
• Luft
• Phonetik
• Säure-Basen-Haushalt
• Stoffwechsel
• Gärung

Quellen

1. ↑ DLRG und SCB

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