Atmung: Atemmechanik und Gasaustausch

Atmung: Atemmechanik und Gasaustausch

 

Bei der Atmung wird das Blut in der Lunge mit Sauerstoff beladen (Einatmung) und es gibt Kohlendioxid über die Lunge an die Luft ab (Ausatmung). Damit dies funktioniert, muss die Atemmuskulatur aktiv sein.

 

 Zwerchfell- und Rippenatmung

 

Bei der Einatmung (Inspiration) spielt das Zwerchfell eine große Rolle. Dabei handelt es sich um eine Muskelplatte, welche die Brusthöhle von der Bauchhöhle trennt und zwischen Brustbein, Rippenbogen und Lendenwirbelsäule gespannt ist. Die Lungenflügel liegen dem Zwerchfell auf. Das Zwerchfell ist im entspannten Zustand (bei der Ausatmung) nach oben gewölbt. Bei der Einatmung spannt sich die Zwerchfellmuskulatur an - die Folge: Die Wölbung des Zwerchfells flacht sich ab und zieht die Lungenbasis nach unten. Dadurch dehnt sich die Lunge und breitet sich aus. Bei der Ausatmung (Exspiration) entspannt sich das Zwerchfell wieder und geht in seine Ausgangsposition zurück - damit zieht sich auch die Lunge aufgrund ihrer Elastizität wieder zusammen. Die Zwerchfellatmung wird Bauchatmung genannt.

 

Nicht nur das Zwerchfell, auch der Brustkorb bzw. die Rippen und die dazwischenliegende Muskulatur sind an der Atmung beteiligt (Brustatmung)- vor allem bei körperlichen Anstrengungen. Die Rippen sind im entspannten Zustand (beim Ausatmen) leicht gesenkt - sie können durch die äußeren Zwischenrippenmuskeln (Mm. intercostales externi) angehoben werden, sodass sich das Volumen des Brustkorbs vergrößert. Die Lungenflügel, die dem Brustkorb durch den im Pleuraspalt herrschenden Unterdruck anhaften, werden mitgezogen und dehnen sich aus. Bei der Ausatmung erschlaffen die äußeren Zwischenrippenmuskeln, sodass der Brustkorb (und damit die Lunge) wieder in seine Ausgangslage zurückfällt. Unter Umständen sind daran noch die inneren Zwischenrippenmuskeln (Mm. intercostales interni) beteiligt. Der wichtigste Atemmuskel ist jedoch das Zwerchfell.

 

 Surfactant

 

Der Gasaustausch - die Aufnahme von Sauerstoff ins Blut und die Abgabe von Kohlendioxid an die Außenluft - erfolgt über die Lungenbläschen, die Alveolen. Damit diese aufgrund ihrer geringen Wanddicke (0,001 mm) und geringen Größe nicht in sich zusammenfallen, ist ihre innere Wand mit dem Surfactant (Oberflächenfaktor) überzogen. Dieser enthält verschiedene Phospholipide (Fettsäuren, die u. a. mit einer Phosphatgruppe gekoppelt sind), die dafür sorgen, dass sich die Alveolen auch bei unterschiedlichen Druckverhältnissen, wie sie bei Aus- und Einatmung herrschen, nicht zusammenfallen. Hergestellt wird der Surfactant durch die Alveolarzellen, die die Produktion des Stoffs erst einige Wochen vor der Geburt aufnehmen. Das Atemnotsyndrom der Frühgeborenen ist durch einen Mangel an Surfactant bedingt und kann durch die Zufuhr von Surfactant unter Umständen behoben werden.

 

 Gasaustausch in den Alveolen

 

In der Lunge befinden sich etwa 300 Millionen Alveolen. Dadurch vergrößert sich die Oberfläche des Lungengewebes enorm - sie kann bis zu 120 m² betragen. Diese große Oberfläche ist notwendig, um genug Sauerstoff aufzunehmen, damit die Körperzellen versorgt werden. In der Wand der Alveolen verlaufen winzige Kapillargefäße. In diesen Kapillargefäßen fließt das verbrauchte, kohlendioxidreiche Blut. Von der rechten Herzkammer wird das Blut über die Lungenarterien in die Kapillaren gepumpt und zu den Alveolen geleitet. Dort wird das Kohlendioxid an die Alveolen abgegeben und Sauerstoff aufgenommen. Das sauerstoffreiche Blut fließt von den Kapillaren über die Lungenvenen der linken Herzkammer zu. Sauerstoff und Kohlendioxid gelangen durch Diffusion von den Alveolen in die Kapillaren und umgekehrt. Beide Gase müssen dabei die Kapillar-, die Alveolarwand und die Basalmembran passieren. Stoffe diffundieren nur dann von einem Ort zum anderen, wenn die Konzentration des Stoffs (der Partialdruck) an einem Ort höher als am anderen ist. Der Partialdruck des Sauerstoffs (pO₂) ist in den Alveolen höher als in den Kapillaren und der Partialdruck des Kohlendioxids (pCO₂) in den Kapillaren größer als in den Alveolen, sodass die Gase an ihren Bestimmungsort gelangen.

 

Damit genug Sauerstoff vom Blut transportiert werden kann, wird dieser im Blutfarbstoff Hämoglobin gespeichert, der sich in den roten Blutkörperchen befindet. Bei Blutarmut kann nur wenig Sauerstoff transportiert werden. Der Großteil des Kohlendioxids wird im Blut mit Wasser in Bikarbonat umgewandelt und größtenteils in den roten Blutkörperchen transportiert. In der Lunge wird das Bikarbonat wieder in Kohlendioxid umgewandelt und als Gas abgeatmet.

 

Die Lunge wird über die Bronchialarterien mit Blut versorgt Um ihren Blut- und Sauerstoffverbrauch dem Bedarf anzupassen, werden manche Alveolen weniger stark durchblutet und erst bei körperlichen Belastungen aktiviert.

 

Siehe dazu auch: Bronchialasthma und Lungenemphysem