Anatomie des Menschen: Atmung, Kreislauf und Harnwege

Struktur und Funktion der Atemwege

Struktur: Das Atemsystem besteht aus den Atemwegen und der Lunge.

Die Bestandteile der Atemwege

• Nase: Sie besteht aus zwei Hohlräumen, die durch die Nasenlöcher mit der Außenwelt kommunizieren. Sie ist durch den Gaumen vom Mund getrennt und steht mit dem Rachen in Verbindung. Die Schleimhaut ist mit der sogenannten Hypophyse (Riechschleimhaut) beschichtet, um die Luft zu erwärmen und zu reinigen.
• Pharynx (Rachen): Er befindet sich an der hinteren Wand des Mundes. Er verbindet die Nase mit dem Kehlkopf. Der Kehldeckel (Epiglottis) ist eine Membran, die das Eindringen von Feststoffen oder Flüssigkeiten in die Atemwege verhindert. Er ist ein gemeinsamer Weg für Atemwege und Verdauungstrakt.
• Larynx (Kehlkopf): Eine knorpelige Röhre von etwa 5 cm Länge vor der Speiseröhre. Die Vorwölbung ist als Adamsapfel bekannt. Seine Epithelfalten werden Stimmbänder genannt. Der Kehlkopf ist zudem als Organ der Phonation (Stimmbildung) bekannt.
• Trachea (Luftröhre): Ein etwa 12 cm langes Rohr, das aus halbkreisförmigen Knorpelspangen besteht, die das Schließen der Atemwege verhindern. Die Luftröhre teilt sich in zwei Äste, die Bronchien.
• Bronchien: Sie befinden sich im Inneren der Lunge und verzweigen sich wiederum zu Bronchiolen. Sowohl die Luftröhre als auch die Bronchien und Bronchiolen besitzen Zilien (Flimmerhärchen) und prismatische Schleimzellen, welche die Beseitigung von Krankheitserregern oder schädlichen Substanzen unterstützen.
• Lungenbläschen (Alveolen): Sie befinden sich am Ende der Bronchiolen. Es sind kugelförmige Erweiterungen, die für den Gasaustausch verantwortlich sind.
• Lunge: Sie befindet sich im Brustkorb oberhalb des Zwerchfells, ist kegelförmig und in drei Lappen rechts und zwei Lappen links unterteilt. Die linke Lunge ist etwas kleiner, um Platz für das Herz zu bieten. Sie sind in eine doppelte Membran, die Pleura (Brustfell), eingehüllt. Innerhalb dieser Membran befindet sich eine Flüssigkeit, welche die Lunge bei den Atembewegungen schmiert. Im Inneren der Lunge befinden sich die Bronchien, Bronchiolen und Alveolen. Die Alveolen sind von einem kompletten Netzwerk von Kapillaren umgeben; hier findet der Gasaustausch statt, abhängig von der Konzentration (Diffusion vom Ort hoher zum Ort niedriger Konzentration).

Mechanische Belüftung der Lunge

Die Atmung ist nicht nur ein Austausch von Gasen in der Lunge, sondern ein Prozess, der in jeder Zelle unseres Körpers stattfindet. Die Belüftung ist ein mechanisches Verfahren, bei dem atmosphärische Luft durch die Inspiration (Einatmung) in die Lunge gelangt und die Luft aus der Lunge durch die Exspiration (Ausatmung) nach außen getrieben wird.

Die Belüftung basiert auf einem physikalischen Prinzip, das besagt, dass Volumen und Druck umgekehrt proportional sind. Das bedeutet: Wenn wir das Volumen erhöhen, sinkt der Druck. Die Lunge selbst spielt bei den Atembewegungen keine aktive Rolle; die Bewegung wird durch das Zwerchfell und die Zwischenrippenmuskeln gesteuert. Während der Inspiration kontrahiert das Zwerchfell und die Rippen werden angehoben, was zu einer Ausdehnung des Brustkorbs führt. Da die Lungen am Brustkorb befestigt sind, dehnen sie sich ebenfalls aus.

Wenn der Druck in der Lunge infolge der Brustkorberweiterung sinkt, dringt atmosphärische Luft ein. Bei der Exspiration erhöht der Brustkorb den Druck und die Luft strömt heraus. Das Luftvolumen bei einer normalen Belüftung beträgt etwa 0,5 Liter, wovon nur 0,35 Liter in die Alveolen gelangen; der Rest bleibt in den Atemwegen. Bei einer forcierten Inspiration können zwischen 1,5 und 3 Liter Luft aufgenommen werden.

Kontrolle des Atemrhythmus

Die rhythmische Aktivität wird durch Neuronen in der Medulla oblongata gesteuert, die auf die Atemmuskulatur wirken. Einflussfaktoren auf die Atemfrequenz sind unter anderem der pH-Wert und die Sauerstoffkonzentration. Das Atmen ist eine unwillkürliche Tätigkeit, kann aber auch willkürlich gesteuert werden.

• Automatische Kontrolle: Diese entsteht in der Medulla und im Rückenmark, welche die Reize an das vegetative Nervensystem übertragen. Letzteres steuert den normalen Rhythmus von Inspiration und Exspiration.
• Willkürliche Kontrolle: Sie stammt von den Neuronen der Großhirnrinde, die Informationen an das Rückenmark und die Atemmuskulatur senden. Dieser Mechanismus kann die Atembewegungen modulieren.

Die Rolle der Alveolen beim Gasaustausch

Das Blut ist für den Austausch und Transport von Atemgasen zwischen den Alveolen und den Körperzellen verantwortlich. Dieses Phänomen geschieht durch einfache Diffusion. Da die Sauerstoffkonzentration in der eingeatmeten Luft höher ist, wird der Sauerstoff ins Blut übertragen. Umgekehrt ist die Kohlendioxidkonzentration im Blut höher, weshalb es in die Alveolen abgegeben wird. Dieser Austausch wird durch drei Faktoren begünstigt:

1. Existenz eines Kapillarnetzwerks um die Alveolen.
2. Die Wände der Alveolen und Kapillaren bestehen aus einem sehr dünnen Endothel.
3. Ein hoher Feuchtigkeitsgrad, der die rasche Diffusion von CO2 und O2 ermöglicht.

Das mit O2 beladene Blut gelangt in Form von Oxyhämoglobin (Hb + O2) zu jeder Zelle. Im Gegensatz dazu transportiert das Blut CO2 aus den Zellen als Carbaminohemoglobin (ca. 20 %). Wenn sauerstoffreiches Blut die Zellen erreicht, gelangt der Sauerstoff durch einfache Diffusion durch die Membran zu den Mitochondrien. Nach der Zellatmung nimmt das Blut CO2 auf und transportiert es zu den Alveolen, um es nach außen abzugeben.

Erkrankungen der Atemwege

Häufige Erkrankungen sind Entzündungen der Atemwege. Diese werden meist durch infektiöse Mikroorganismen verursacht, aber auch Faktoren wie Kälte, Feuchtigkeit und Tabakrauch verstärken diese Pathologien.

Das Herz-Kreislauf-System

Das Herz (Corazon)

Es befindet sich im Brustkorb zwischen den Lungen und oberhalb des Zwerchfells. Es fungiert als Pumpe, die die Bewegung des Blutes in den Arterien und Venen ermöglicht. Das Herz ist in eine Membran gehüllt, die Perikard (Herzbeutel) genannt wird, mit dem Myokard in der Mitte und dem Endokard auf der Innenseite. Ein erwachsenes Herz ist etwa so groß wie eine Faust und wiegt ca. 270 Gramm. Es besteht aus vier Kammern: dem rechten und linken Ventrikel (Hauptkammern) sowie dem rechten und linken Atrium (Vorhöfe).

Die Vorhöfe haben dünnere Wände als die Ventrikel, da die Ventrikel einen stärkeren Druck für die Kontraktion erzeugen müssen. Die Vorhöfe empfangen Blut aus den Venen (Hohlvenen und Lungenvenen). Von dort gelangt das Blut in den rechten Ventrikel, der es in die Lungenarterie leitet, und in den linken Ventrikel, der es in die Aorta pumpt. Der Blutfluss wird durch Herzklappen gesteuert:

• Rechter Vorhof zu rechtem Ventrikel: Trikuspidalklappe.
• Linker Vorhof zu linkem Ventrikel: Mitralklappe.
• Rechter Ventrikel zur Lungenarterie: Pulmonalklappe.
• Linker Ventrikel zur Aorta: Aortenklappe.

Der Herzzyklus

Das Herz pumpt Blut durch die Gefäße. Wenn sich die Vorhöfe zusammenziehen, wird das Blut in die Ventrikel gedrückt (Vorhofsystole). Dabei schließen sich die Trikuspidal- und Mitralklappen. Danach folgt die Kammersystole (Ventrikelkontraktion), die das Blut in die Arterien drückt, wobei sich die Taschenklappen schließen. Danach entspannt sich das Herz für einige Zehntelsekunden (Diastole). Die normale Herzfrequenz liegt bei etwa 70–80 Schlägen pro Minute und hängt von Alter, Geschlecht und körperlicher Aktivität ab.

Blutgefäße sind die Leitungen für die Blutverteilung. Sie bestehen aus Venen, Arterien und Kapillaren. Alle haben drei Schichten: das Endothel (innen), Muskelschichten und Bindegewebe (außen). Arterien haben eine dicke Muskelschicht, während Kapillaren nur aus Endothel bestehen.

Der Blutkreislauf

Der Körper verfügt über einen doppelten Kreislauf:

• Lungenkreislauf (kleiner Kreislauf): Sauerstoffarmes Blut fließt vom rechten Ventrikel über die Lungenarterie zur Lunge. Hier findet die Gasdiffusion statt (CO2 in die Alveolen, O2 ins Blut). Das sauerstoffreiche Blut kehrt über die Lungenvenen zum linken Vorhof zurück.
• Körperkreislauf (großer Kreislauf): Sauerstoffreiches Blut gelangt vom linken Ventrikel in die Aorta und wird im gesamten Körper verteilt. Die Venen sammeln das sauerstoffarme, kohlendioxidreiche Blut und führen es über die Hohlvenen zum rechten Vorhof zurück.

Das Harnsystem

Stoffwechselprodukte

Stoffwechselabfälle können giftig sein, wenn sie sich in der Zelle ansammeln. Die wichtigsten Schadstoffe sind Kohlendioxid, Harnstoff, Ammoniak und Harnsäure. Kohlendioxid wird über die Atmungsorgane ausgeschieden. Harnstoff, Harnsäure und Ammoniak werden über die Harnwege eliminiert. Die Aufgabe des Harnsystems ist es, Schadstoffe aus dem Blut zu entfernen und das Volumen sowie die Zusammensetzung der Körperflüssigkeiten zu regulieren. Die Ausscheidung ist fundamental für ein Flüssigkeitsgleichgewicht.

Struktur des Harnsystems

Das Harnsystem besteht aus zwei Nieren und den Harnwegen (zwei Harnleiter, eine Blase und eine Harnröhre).

• Niere: Zwei bohnenförmige Organe im Bauchraum auf Höhe der Lendenwirbelsäule. Ihre Funktion ist es, Blut zu filtern und Urin zu produzieren, dank der funktionellen Einheiten, den Nephronen. Die Nieren haben einen konkaven Bereich (Nierenbecken), wo die Nierenarterie und -vene eintreten bzw. austreten. Ein Längsschnitt zeigt die Schichten: Kapsel, Rinde (Cortex), Mark (Medulla) und Becken.
• Harnwege: Die Harnleiter verbinden die Nieren mit der Blase. Die Blase ist ein dehnbares Organ in der Bauchhöhle. Ihre normale Kapazität beträgt etwa 350 ml, sie kann jedoch bis zu 2 Liter fassen.