Atmungssystem: Struktur und Funktion

Die inneren Strukturen der Nase

Die inneren Strukturen der Nase sind auf drei grundlegende Funktionen spezialisiert:

1. Filterung, Erwärmung und Befeuchtung der eingeatmeten Luft.
2. Erkennung von Geruchsreizen.
3. Modifikation der Schallschwingungen der Sprache.

Nasopharynx

Der obere Teil ist mit zwei inneren Nasenlöchern verbunden und hat zwei Öffnungen, die zu den Eustachischen Röhren führen, die zum Mittelohr führen. Die Rückwand enthält die Rachenmandeln. Luft wird mit der Nasenhöhle ausgetauscht, und Staub- und Schleimansammlungen werden durch die Bewegung der Flimmerhärchen des pseudostratifizierten Epithels zum Mund befördert. Kleine Mengen an Luft werden durch die Röhren ausgetauscht, um den Luftdruck zwischen Rachen und Mittelohr auszugleichen.

Struktur der Alveolen

Die Alveolen sind abgerundet und in Gruppen zusammengefasst. Würden wir sie alle auf einer ebenen Fläche ausbreiten, würden sie etwa 130 m² einnehmen. Sie sind von speziellen Haaren umgeben, haben eine runde Form an ihrem Ende, sind gruppiert und bestehen aus Endothelgewebe. In ihnen befinden sich Pneumozyten, die Surfactant produzieren, um die Alveolen offen zu halten. Es handelt sich um Epithelzellen vom Typ II. Im interstitiellen Gewebe befinden sich Phagozyten, die Teil des Lungenschutzsystems sind (Makrophagen, Endothelzellen). Sie sind Blutmonozyten, die ausgetreten sind und sich an bestimmten Stellen befinden (sie verschlingen und töten fremde Zellen).

Lungenventilation

Der Luftstrom zwischen der Atmosphäre und der Lunge entsteht durch Unterschiede im Luftdruck. Die Inspiration erfolgt, wenn der Lungendruck niedriger ist als der atmosphärische Druck. Die Exspiration erfolgt, wenn der Druck in der Lunge höher ist als der atmosphärische Luftdruck. Die Kontraktion und Entspannung der Skelettmuskulatur führt zu Veränderungen des Luftdrucks, die die Atmung auslösen.

Inspiration

Die Inspiration ist der Eintritt von Luft in die Lunge. Vor der Inspiration beträgt der Druck 760 mmHg, so dass die Luft von außen eintritt, was zu einer Druckänderung führt. Um den Druck zu erhöhen, muss das Volumen des Brustkorbs und der Luft verringert werden (Boylesches Gesetz: Der Druck ist umgekehrt proportional zum Volumen). Für die Inspiration wird das Zwerchfell verwendet: ein kuppelförmiger Muskel, der vom Nervus phrenicus innerviert wird. Beim Einatmen zieht es sich um 1 cm zusammen, bei tiefer Inspiration um bis zu 10 cm. Bei der Kontraktion verlängert sich die Brust, wodurch sich der Umfang und das Pleuravolumen vergrößern. Während der Inspiration senkt sich das Zwerchfell, wodurch sich die Interkostalmuskeln zusammenziehen, die Rippen und das Brustbein anheben und sich nach oben bewegen. Der laterale Durchmesser vergrößert sich, wodurch der Druck in der Lunge sinkt. Es gibt einen Punkt, an dem der intrapulmonale Druck dem atmosphärischen Druck entspricht, wodurch die Inspiration abgeschlossen ist. Die Atmung wird unterteilt in Rippenatmung (oberflächlicher, Kontraktion der äußeren Interkostalmuskeln, ausgehend von der Brust) und Zwerchfellatmung (von Kindern häufig verwendet, tief, lässt den Bauch hervortreten).

Forcierte Inspiration

Ein aktiver Prozess, der bei der Kontraktion vieler Skelettmuskeln auftritt. Sprecher (Zwerchfell, Interkostalnerven, Sternocleidomastoideus, Scaleni 1 und 2 Rippen, Pectoralis 3, 4, 5 Rippen).

Kehldeckel und Epiglottis

Die Epiglottis ist ein großes, blattförmiges Stück elastischen Knorpels, das von Epithel bedeckt ist. Der Stiel der Epiglottis ist am vorderen Rand des Schildknorpels und des Zungenbeins befestigt. Beim Schlucken heben sich Rachen und Kehlkopf. Die Anhebung des Rachens erweitert ihn, um Nahrung oder Getränke aufzunehmen. Die Anhebung des Kehlkopfes führt dazu, dass sich die Epiglottis nach unten bewegt, um einen Deckel über dem Kehlkopf zu bilden und ihn zu verschließen. Der Verschluss des Kehlkopfes während des Schluckens leitet die flüssige Nahrung in die Speiseröhre und von den unteren Atemwegen weg.

Äußere Atmung

Die äußere Atmung, auch Gasaustausch genannt, ist die Diffusion von O2 aus der Luft in den Lungenbläschen in den Blutkreislauf durch die Lungenkapillaren und die Diffusion von CO2 in die entgegengesetzte Richtung. Bei der äußeren Atmung wird desoxygeniertes Blut aus den rechten Herzkammern in die Lunge transportiert und sauerstoffreiches Blut kehrt in die linken Herzkammern zurück. Während das Blut durch die Lungenkapillaren fließt, nimmt es O2 aus der Alveolarluft auf und gibt CO2 an dieselbe Luft ab.

Obere Atemwege

Die oberen Atemwege umfassen die Nase, den Rachen und die zugehörigen Strukturen.

Thorax und Abdomen während der Inspiration und Exspiration (Hämodynamik)

Während der Inspiration in Ruhe nimmt der Druck in der Brust ab und der Druck im Bauch zu, während das Volumen abnimmt. Bei der Exspiration nehmen Druck und Volumen zu und umgekehrt. Das Blut steigt in der Brust auf, da der Blutdruck bei der Inspiration niedrig ist, und fließt in den Bauch. Ventilsysteme unterstützen den Auf- oder Abstieg des Blutes.

Volumen und Lungendruck

Wenn sich die Lunge ausdehnt, befinden sich die Luftmoleküle im Inneren in einem größeren Volumen, was zu einem Druckabfall führt. Da der atmosphärische Druck größer ist als der alveoläre Druck, tritt Luft in die Lunge ein. Umgekehrt steigt der alveoläre Druck, wenn das Lungenvolumen abnimmt, und die Luft bewegt sich von der Umgebung mit höherem Druck in den Alveolen in den Bereich mit geringerem Druck in der Atmosphäre.

Reaktion

Bikarbonat-Ionen: Die meisten CO2-Moleküle, etwa 70 %, werden im Blutplasma als Bikarbonat-Ionen (HCO3-) transportiert. Wenn CO2 in die Gewebekapillaren diffundiert und in die Erythrozyten gelangt, verbindet es sich mit Wasser (H2O) zu Kohlensäure (H2CO3). Das Enzym, das diese Reaktion in den Erythrozyten katalysiert, ist die Carboanhydrase (CA). H2CO3 wird dann in Protonen (H+) und HCO3- gespalten.