Das menschliche Atmungssystem

Funktion: Gasaustausch

Gasaustausch zwischen Körper und Atmosphäre.

Die menschlichen Atemwege (Lungenatmung) bestehen aus:

Aufbau der Atemwege

Das leitende System

• Nase, Mund, Rachen, Kehlkopf, Luftröhre, Hauptbronchien, Lappenbronchien, Segmentbronchien und Bronchiolen.

Das Austauschsystem

• Alveolargänge und Alveolarsäcke.

Der anatomische Totraum (kein Gasaustausch) des Bronchialbaums umfasst die ersten 16 Bronchialgenerationen und hat ein Volumen von ca. 150 ml.

Der Prozess der Ventilation

Die Atemfunktion besteht darin, Luftvolumen zwischen der Atmosphäre und den Lungen zu bewegen. Dies wird als Ventilation bezeichnet.

Ventilation ist ein zyklischer Prozess und besteht aus zwei Phasen: Inspiration (Einatmung), das Eindringen von Luft in die Lunge, und Expiration (Ausatmung), das Ausströmen der Luft.

Inspiration und Expiration

Inspiration ist ein aktiver Prozess, gekennzeichnet durch die Zunahme des Volumens des Brustraums, was zu einem negativen intrapulmonalen Druck führt und die Verschiebung der Luft von außen in die Lunge bewirkt. Die Kontraktion der primären Inspirationsmuskeln, Zwerchfell und äußere Interkostalmuskeln, ist für diesen Prozess verantwortlich.

Sobald der intrapulmonale Druck dem atmosphärischen Druck entspricht, stoppt die Inspiration. Dank der elastischen Rückstellkraft des Brustkorbs zieht sich dieser zusammen, wodurch ein positiver Überdruck entsteht und die Luft aus der Lunge ausströmt.

Passive und aktive Atmung

Während der normalen Atmung ist die Expiration ein passiver Vorgang.

Aktive Atemmuskulatur kann zur weiteren Verringerung des intrathorakalen Volumens und zur Erhöhung des Luftvolumens, das ausströmt, eingesetzt werden. Dies geschieht bei forcierter Expiration.

Gasaustausch in den Alveolen

Während dieses Prozesses tritt Luft in die Alveolen ein. Die am Gasaustausch beteiligten Gase der Luft, Sauerstoff und Kohlendioxid, diffundieren entlang ihrer Konzentrationsgradienten, was zur Oxygenierung und Entkohlendioxidierung des Blutes führt.

Atemvolumen und Rhythmus

Das pro Minute in die Lunge ein- und ausströmende Luftvolumen (Atemminutenvolumen) ist teilweise synchron mit dem Herz-Kreislauf-System und dem zirkadianen Rhythmus (Verringerung der Atemfrequenz in der Nacht und im Schlafzustand). Es reicht von 6 bis 80 Litern (je nach Bedarf).

Gefahren und Schutzmechanismen

Es ist wichtig, sich der Gefahren bewusst zu sein, die mit der Lungenventilation verbunden sind, da mit der Luft auch feste Partikel eindringen können, die sich ablagern und/oder den Körper schädigen können.

Größere Partikel werden durch Haare und Schleimhäute in Nase und Atemwegen abgefangen. Durch die Zilienbewegung werden sie dann nach oben transportiert, bis sie verschluckt, ausgespuckt oder ausgeniest werden.

Auf Bronchialebene, wo Zilien fehlen, werden Makrophagen und Phagozyten zur Reinigung von Partikeln eingesetzt.

Definitionen der Organe

• Nase (Via Nasalis): Besteht aus zwei großen Höhlen, deren Aufgabe es ist, das Eindringen von Luft zu ermöglichen, die dort angefeuchtet, gefiltert und durch Strukturen, die sogenannten Nasenmuscheln, auf eine bestimmte Temperatur erwärmt wird.
• Pharynx (Rachen): Ein muskulöser Schlauch, der die Luft in die unteren Atemwege leitet.
• Epiglottis (Kehldeckel): Ein Knorpel, der beim Schlucken verhindert, dass Nahrung in Kehlkopf und Luftröhre gelangt. Er markiert auch die Grenze zwischen Oropharynx und Laryngopharynx.
• Larynx (Kehlkopf): Eine Struktur, deren wichtigste Funktion die Filterung der eingeatmeten Luft ist. Er ermöglicht auch den Übergang von Luft in die Luftröhre und Lunge und kann geschlossen werden, um die Passage von Nahrung während des Schluckens zu verhindern. Er dient auch als Stimmorgan (Erzeugung von Lauten).
• Trachea (Luftröhre): Bietet einen offenen Weg für die ein- und ausgeatmete Luft zu und von den Lungen.
• Bronchien: Leiten die Luft von der Luftröhre zu den Bronchiolen.
• Bronchiolen: Leiten die Luft von den Bronchien zu den Alveolen.
• Alveolen (Lungenbläschen): Ort der Hämatose (Gasaustausch), d.h. im Blut wird Kohlendioxid abgegeben und Sauerstoff aufgenommen.
• Lunge: Die Funktion der Lunge ist die Durchführung des Gasaustauschs mit dem Blut. Die Alveolen stehen dazu in engem Kontakt mit Kapillaren.
• Interkostalmuskeln (Zwischenrippenmuskeln): Wichtige Atemmuskeln, die zur Mobilisierung des Luftvolumens während der Atmung beitragen.
• Zwerchfell (Diaphragma): Ein quergestreifter Muskel, der die Brusthöhle (Lunge, Mediastinum etc.) von der Bauchhöhle (Darm, Magen, Leber etc.) trennt. Bei der Atmung führt seine Kontraktion zur Verringerung des Drucks und Erhöhung des Volumens in der Brusthöhle (Einatmung), seine Entspannung zum Anstieg des Drucks und Abnahme des Volumens (Ausatmung). Dieser Prozess wird hauptsächlich durch Kontraktion und Entspannung des Zwerchfells ermöglicht.

Aufbau der Nasengänge

• Riechzellen
• Nervus olfactorius (Riechnerv)
• Nasenmuscheln
• Nasenhöhlen
• Nasenlöcher

Zusammensetzung der Luft

Trockene Luft

Alveolarluft