Atmung: Konzepte, Arten und Mechanismen

Konzepte der Atmung

Es gibt zwei Arten der Atmung:

• a) Zelluläre Atmung (oder innere Atmung): Sie beinhaltet den Einsatz von Sauerstoff durch die Zellen. Das heißt, komplexe organische Moleküle werden oxidiert, um Energie zu gewinnen. Dieser Prozess führt zur Bildung von CO₂ und Wasser. Er findet in den Mitochondrien der Zelle statt.
• b) Äußere Atmung: Hierbei handelt es sich um die Aufnahme von Sauerstoff und die Abgabe von Kohlendioxid durch den Körper. Sie erfolgt über Gasaustauschflächen, die als respiratorische Oberflächen bezeichnet werden. Diese Oberflächen müssen sehr dünn sein, um den Gasaustausch zu erleichtern. Außerdem müssen sie feucht sein, damit Gase in gelöster Form ausgetauscht werden können. Zusätzlich sind diese Oberflächen von einem Netzwerk aus Blutkapillaren umgeben, die den eintretenden Sauerstoff aufnehmen und das austretende Kohlendioxid abgeben.

Arten der äußeren Atmung

Abhängig von der Größe des Tieres, seiner Komplexität und seinem Lebensraum gibt es folgende Arten der äußeren Atmung:

• a) Einfache Diffusion: Kommt bei sehr einfachen Tieren vor. Gase werden direkt über die Zellmembranen der Zellen ausgetauscht.
• b) Hautatmung: Der Austausch erfolgt über die Körperwand. Typisch für Tiere in aquatischen oder sehr feuchten Umgebungen. Die Haut bleibt feucht, um den Durchtritt der Gase zu ermöglichen.
• c) Tracheenatmung: Typisch für terrestrische Arthropoden. Die Körperwand stülpt sich ein und bildet Tausende von verzweigten, feuchten Schläuchen, die als Tracheen bezeichnet werden. Nach außen öffnen sich die Tracheen durch Poren, die Stigmen genannt werden. Die Wände der Tracheen sind mit Chitinringen verstärkt, mit Ausnahme der Tracheolen. Diese kommunizieren mit den Zellen, wo der Gasaustausch stattfindet.
• d) Kiemenatmung: Typisch für aquatische Tiere. Sie besitzen spezielle Strukturen, die Kiemen, wo der Gasaustausch stattfindet. Ihre Austauschfläche ist sehr groß, da Sauerstoff im Wasser viel weniger konzentriert ist als in der Luft. Es gibt zwei Arten von Kiemen:
  • Äußere Kiemen: Dies sind seitliche Ausstülpungen der Haut, die stark gefaltet und von Blutgefäßen durchzogen sind. Typisch für Larven, Anneliden, einige Amphibienlarven usw.
  • Innere Kiemen: Dies sind endodermale Falten, die von Blutgefäßen umgeben sind. Sie sind bei Fischen von Kiemendeckeln geschützt und typisch für die meisten Fische.
• e) Lungenatmung: Typisch für terrestrische Tiere. Sie sind die am weitesten entwickelten Atmungsorgane. Um in der terrestrischen Umgebung effektiv zu sein, wurden die Gasaustauschflächen nach innen verlagert, um ein Austrocknen an der Luft zu verhindern. So entstanden die Lungen. Es gibt zwei Arten von Lungen:
  • Diffusionslungen: Dies sind primitive innere Lungen. Es handelt sich um eine Kammer, deren Wand bei Wirbellosen stark gefaltet ist. Typisch für Schnecken, Spinnen und Landschnecken.
  • Ventilationslungen: Sehr weit entwickelt. Sie bestehen aus internen Kammern, die sich in Millionen winziger Säcke, den Alveolen, verzweigen. Diese sind von Lungenkapillaren umgeben. Sie kommunizieren nach außen über Atemwege, die aus knorpeligen Röhren bestehen, die sich zunehmend verengen und verzweigen. Wirbeltiere besitzen diese Art von Lungen.

Lungenventilation

Dies ist der Ein- und Austritt von Gasen zwischen dem Körper und der äußeren Umgebung über die Gasaustauschflächen. Diese Ventilation findet in der Lungenatmung statt; bei den anderen Arten erfolgt der Gasaustausch nur durch passive Diffusion, ohne aktiven Lufteintritt.

Bei Amphibien erfolgt die Ventilation durch eine Schluckpumpe: Sie bewegen den Mund, um die Lungen zu füllen. Bei Reptilien, Vögeln und Säugetieren erfolgt sie durch Sog. Die Luft wird durch Bewegungen des Brustkorbs gepumpt. Die Bewegungen sind:

• a) Inspiration (Einatmung): Erfolgt durch die aktive Kontraktion der Interkostalmuskeln und des Zwerchfells. Der Brustkorb vergrößert sein Volumen, und der Luftdruck fällt aufgrund des Druckunterschieds, wodurch die Lungen gefüllt werden.
• b) Exspiration (Ausatmung): Ist passiv. Sie tritt ein, wenn sich die Brustkorbmuskeln entspannen. Der Brustkorb kehrt in sein normales Volumen zurück und komprimiert die Lungen, wodurch die Luft ausgestoßen wird.

Gasaustausch

Der Gasaustausch erfolgt durch Diffusion an zwei Orten:

• a) In den Lungen: Sauerstoff diffundiert durch die Wand der Alveolen in das umgebende Kapillarblut. Umgekehrt diffundiert das kohlendioxidreiche Blut aus den Kapillaren in die Alveolen.
• b) In den Geweben: Sauerstoff diffundiert aus dem Kapillarblut in die Zellen. Umgekehrt diffundiert Kohlendioxid aus den Zellen in die Kapillaren.