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Biologie · Der menschliche Körper
Atemwege, Lunge und Alveolen, Atemmechanik und Atemzeitvolumen, Zusammensetzung der Atemluft, Sauerstoff- und CO₂-Transport im Blut sowie die Regulation durch das Atemzentrum.
Die Atemwege leiten, reinigen, befeuchten und wärmen die Luft. Gasaustausch gibt es nur in den Alveolen, wo Blut und Luft nur durch die Blut-Luft-Schranke getrennt sind.
Die innere Atmung ist die Zellatmung, also der Abbau von Nährstoffen mit O₂ unter CO₂-Bildung. → Ausführlich in: Mitochondrien
Die äußere Atmung ist der Gasaustausch in der Lunge. Sie braucht drei Dinge: Ventilation (Belüftung der Alveolen), Perfusion (Durchblutung der Lungenkapillaren) und Diffusion (Austausch über die Blut-Luft-Schranke). Die Haut atmet beim Menschen nur zu 1 bis 2 %.
Der Kehlkopf bildet die Stimme, sein Kehldeckel verschließt beim Schlucken die Luftröhre. Hufeisenförmige Knorpelspangen halten die Luftröhre offen.
Nasenhöhle, Luftröhre und Bronchien tragen respiratorisches Epithel: Die Zilien schlagen rachenwärts, Becherzellen liefern den Schleim. → Ausführlich in: Gewebe Grundtypen
Die Atemwege bis zu den Endbronchiolen nehmen nicht am Gasaustausch teil. Sie bilden den Totraum (etwa 150 ml).
| Seite | Lappen | Segmente |
|---|---|---|
| rechts | 3 (Ober-, Mittel-, Unterlappen) | 10 |
| links | 2 (Ober-, Unterlappen) | 9 |
Links bleibt Platz fürs Herz. Der rechte Hauptbronchus verläuft steiler, deshalb landen aspirierte Fremdkörper meist dort. Der Bronchialbaum teilt sich etwa 20-mal bis zu den Bronchiolen.
Das Lungenfell liegt der Lunge auf, das Rippenfell der Brustwand. Im flüssigkeitsgefüllten Pleuraspalt herrscht Unterdruck, daher folgt die Lunge dem Brustkorb. Schmerzrezeptoren hat nur das Rippenfell. Das Zwerchfell trennt Brust- und Bauchhöhle.
Ein dichtes Kapillarnetz umgibt die Alveolen. Die Blut-Luft-Schranke besteht von der Luft zum Blut aus:
Typ-II-Pneumozyten bilden den Surfactant. Er verhindert, dass die Alveolen beim Ausatmen kollabieren und verkleben.
Schlecht belüftete Alveolen bekommen weniger Blut, weil sich ihre Gefäße bei O₂-Mangel verengen. So passt die Perfusion zur Ventilation.
Der wichtigste Atemmuskel ist das Zwerchfell. Bei der Inspiration kontrahiert das Zwerchfell, flacht ab und die Baucheingeweide sinken. Das Lungenvolumen wächst, der Druck in der Lunge fällt unter den Außendruck, und Luft strömt ein.
Interaktives Modell
Deine AufgabeVergleiche Ruhe und Belastung: Was macht das Zwerchfell beim Einatmen, wann ist der Druck in der Lunge niedriger als außen, und welche Muskeln arbeiten nur bei Belastung mit?
Beim Erwachsenen macht diese Bauchatmung etwa 70 % der Ruheatmung aus, beim Neugeborenen fast 100 %.
| Situation | Einatmung | Ausatmung |
|---|---|---|
| Ruhe | Zwerchfell, äußere Zwischenrippenmuskeln | passiv durch Lungenelastizität |
| Belastung | zusätzlich Mm. scaleni | aktiv: Bauchmuskeln, innere Zwischenrippenmuskeln |
Das Atemzugvolumen beträgt in Ruhe etwa 0,5 l, die Atemfrequenz liegt bei etwa 12 bis 15 pro Minute.
Atemzeitvolumen = Atemfrequenz × Atemzugvolumenz. B. 15/min × 0,5 l = 7,5 l/min
| Gas | Einatemluft | Ausatemluft |
|---|---|---|
| O₂ | 20,9 % | etwa 16 % |
| CO₂ | 0,03 % | etwa 4 % |
| N₂ | 78,1 % | kaum verändert |
Hämoglobin (Hb) in den Erythrozyten transportiert fast den gesamten Sauerstoff. Es hat vier Häm-Gruppen mit je einem Eisen-Ion, bindet also vier O₂. Das erste O₂ erleichtert die Bindung der nächsten (positive Kooperativität).
Kohlenmonoxid (CO) bindet etwa 300-mal stärker an Hb als O₂ und blockiert den Transport. Quellen sind Autoabgase und defekte Gasthermen.
| CO₂-Form | Anteil |
|---|---|
| Bicarbonat (HCO₃⁻) | Großteil, 60–70 % |
| Carbamino-Hb | 20–30 % |
| physikalisch gelöst | 5–10 % |
Die Carboanhydrase der Erythrozyten wandelt CO₂ mit Wasser in Kohlensäure um, die zu H⁺ und HCO₃⁻ zerfällt.
Das Atemzentrum liegt im verlängerten Mark (Medulla oblongata). Stärkster Reiz ist ein Anstieg des pCO₂ mit sinkendem pH, nicht ein O₂-Mangel. Chemorezeptoren messen ihn: zentrale in der Medulla, periphere im Glomus caroticum und Glomus aorticum. Sie steigern Frequenz und Atemtiefe.
