Die menschlichen Atemwege und der Gasaustausch: Aufbau und Funktion

Die menschlichen Atemwege und der Gasaustausch

Menschen nehmen Sauerstoff aus der umgebenden Luft auf und geben Kohlendioxid ab. Das Atmungssystem ist verantwortlich für den Luftaustausch zwischen dem Körper und der äußeren Umgebung. Die Kanäle, durch die die Luft zirkuliert, werden Atemwege genannt.

Aufbau der Atemwege

• Die oberen Atemwege: Hierzu gehören die Nase, der Rachen und der Kehlkopf.
• Die unteren Atemwege: Diese umfassen die Luftröhre (Trachea), die Bronchien und die Bronchiolen, welche blind in Säcken enden, den sogenannten Alveolen.

Alle Bronchiolen, die Alveolen und das engmaschige Netz um sie herum bilden die Lunge. Das Atmungssystem besteht aus den Atemwegen und der Lunge, die im Brustraum untergebracht sind.

Die Flugroute der Luft

Mund und Nase sind die Eintrittspforten für die Luft. Von dort aus gelangt die Luft in den Pharynx (Rachen).

Kehlkopf (Larynx)

Im Kehlkopf befinden sich die Stimmbänder, die durch den Luftstrom vibrieren und Geräusche erzeugen.

Luftröhre (Trachea)

Die Luftröhre ist ein flexibles Rohr, das immer offen bleibt, um den Luftweg freizuhalten.

Lunge

Die Lunge besteht aus zwei Organen, die sich im Brustraum befinden und durch die Rippen geschützt werden. Ihre Basis ruht auf dem Zwerchfell (Membran), welches die Brusthöhle von der Bauchhöhle trennt.

Bronchien und Bronchiolen

Diese ähneln der Luftröhre und verzweigen sich wie ein Baum. Zuerst gibt es zwei Hauptäste, die Bronchien. Mit jeder weiteren Unterteilung werden sie dünner und heißen Bronchiolen.

Lungenbläschen (Alveolen)

Die Alveolen sind kleine Säckchen, die sich am Ende der Bronchiolen befinden. Sie sind von zahlreichen Kapillaren umgeben.

Der Gasaustausch in der Lunge

Die Luft, die in die Atemwege gelangt, enthält Sauerstoff und Kohlendioxid in unterschiedlichen Verhältnissen. Der Stickstoffgehalt bleibt jedoch gleich. Das Blut, das die Lunge erreicht, ist sauerstoffärmer und kohlendioxidreicher als die eingeatmete Luft, während der Stickstoffgehalt gleich bleibt.

Die beobachteten Veränderungen in der Zusammensetzung der Luft und des Blutes in der Lunge sind auf den Gasaustausch zwischen ihnen zurückzuführen.

Besonderheiten des Gasaustauschs

Der Gasaustausch zwischen Luft und Blut findet in den Alveolen statt. Besondere Merkmale erleichtern die Passage der Gase:

• Die Gesamtfläche aller Alveolen der Lunge ist enorm.
• Die Alveolen sind von vielen Kapillaren umgeben, durch die das Blut zirkuliert.

Nährstoffe: Quelle für Material und Energie

Nährstoffe sind der Rohstoff, aus dem die Zellen ihre eigenen Komponenten erzeugen. Sie ersetzen Verlorenes, ermöglichen Wachstum und die Bildung neuer Zellen. Nährstoffe sind der Treibstoff für die Zellen.

Zellatmung und Energiegewinnung

Andere Nährstoffe, wie Glukose, werden den Zellen als Brennstoff für die Zellatmung zugeführt. Während der Zellatmung treten folgende Ereignisse ein:

• Sauerstoffverbrauch.
• Freisetzung von nutzbarer Energie für die Zellen.
• Produktion von Kohlendioxid und Wasser.

Auch Lipide und Proteine können als Brennstoff verwendet werden. Nährstoffe liefern den Zellen die benötigte Energie, die diese nutzen, um ihre Funktionen zu erfüllen.

Chemische Energie und ihre Umwandlung

Unser Körper benötigt Energie für seine Funktionen. Die in Nährstoffen enthaltene Energie wird als chemische Energie bezeichnet. Die Zellatmung setzt diese chemische Energie frei, welche die Zellen in drei Formen umwandeln:

• Mechanische Energie (ECAN): Für die Muskelkontraktion und zur Erzeugung neuer Moleküle.
• Thermische Energie (Wärme): Um die Körpertemperatur aufrechtzuerhalten.

Energiebilanz der Nährstoffe

Die durch Zellatmung bereitgestellte Energie variiert je nach Art des organischen Nährstoffs. In einer ausgewogenen Ernährung sollte die Energieversorgung wie folgt aufgeteilt sein:

• Kohlenhydrate: 55% der Energie.
• Lipide (Fette): 30% der Energie.
• Proteine (Eiweiße): Die restlichen 15%.