- Die meisten Zellen des menschlichen Körpers benötigen kontinuierlich Sauerstoff (O2)
- Der Sauerstoff gelangt durch das Atmungssystem in den Körper
- Die äußere Atmung findet in der Lunge statt und umfasst die Belüftung der Lungen, die Durchblutung der Lungenkapillaren und den Transport von Kohlenstoffdioxid (= CO2) und Sauerstoff (=O2) durch Diffusion
- Die innere Atmung findet in den Mitochondrien der Zellen statt und produziert Energie (ATP) unter Verwendung von Sauerstoff und energiereichen Nährstoffen, wobei Kohlenstoffdioxid als Abfallprodukt freigesetzt wird
- Das Atmungssystem besteht aus den oberen Atemwegen (Nasenhöhle, Rachen) und den unteren Atemwegen (Kehlkopf, Luftröhre, Bronchien, Lunge)
- Die Lungen sind für den Gasaustausch zuständig, indem sie Sauerstoff aus der Atemluft aufnehmen und Kohlenstoffdioxid abgeben
- Das Atmungssystem ist in luftleitende Abschnitte (Nasenhöhle, Rachen, Luftröhre, Bronchien und Bronchioli terminales) und gasaustauschende Abschnitte (Bronchioli respiratorii und Lungenbläschen) unterteilt
- Die luftleitenden Abschnitte dienen dem Transport der Atemgase und der Konditionierung der Atemluft (Anfeuchtung und Erwärmung der Atemluft), während die gasaustauschenden Abschnitte für den Gasaustausch verantwortlich sind
- Die Atmung wird durch das Atemzentrum in der Medulla oblongata gesteuert, das durch chemische und nicht-chemische Atemreize beeinflusst wird
- Der Pleuraspalt befindet sich zwischen dem Rippenfell und dem Lungenfell und ist mit einer dünnen Flüssigkeitsschicht gefüllt
Die Physiologie der Atemmechanik befasst sich mit den grundlegenden Prozessen, die bei der Atmung, insbesondere bei der Inspiration (Einatmung) und Exspiration (Ausatmung), ablaufen.
Inspiration
Die Atmung beginnt mit der Inspiration, bei der Luft in die Lunge strömt. Der Hauptakteur bei der Inspiration ist das Zwerchfell. Zusätzlich zur Zwerchfellkontraktion tragen auch andere Muskeln wie die äußeren Interkostalmuskeln zur Erweiterung des knöchernen Thorax bei, indem sie die Rippen nach oben ziehen. Wenn das Zwerchfell kontrahiert, zieht es sich nach unten und vergrößert dadurch das Volumen der Thoraxhöhle. Gleichzeitig dehnen sich die Lungen aus, da sie mit der Thoraxwand verbunden sind. Wenn sich der Brustraum erweitert, entsteht ein Unterdruck im Pleuraspalt, wodurch die Lungenflügel der Ausweitung des Raumes folgen und Luft in die Lunge eingesogen wird.
Exspiration
Die Exspiration erfolgt normalerweise passiv, was bedeutet, dass keine Muskelarbeit erforderlich ist. Bei der passiven Exspiration entspannen sich das Zwerchfell und die Zwischenrippenmuskeln, wodurch die Thoraxhöhle verkleinert wird. Die Lunge zieht sich zusammen, und die elastischen Fasern in den Lungenbläschen ziehen sich zusammen, wodurch die Luft aus den Lungen herausgedrückt wird.
Druckverläufe während der Atembewegung
Intrapleuraler Druck:
Während der Inspiration kommt es zu einer Vergrößerung des Brustkorbs und einer Kontraktion des Zwerchfells, der intrapleurale Druck nimmt ab. Bei der Exspiration kommt es aufgrund der Erschlaffung der inspiratorischen Muskulatur und der passiven Retraktionskräfte (= Rückstellkräfte) der Lungen zu einer Verkleinerung des intrathorakalen Volumens und der intrapleurale Druck nimmt zu. Der intrapleurale Druck ist immer negativ und „zieht“ somit die Lunge passiv bei der Inspiration mit.
Intrapulmonaler Druck:
Die Lunge folgt bei der Inspiration passiv den Bewegungen der Pleura. Bei der Exspiration verkleinert sich das Lungenvolumen aufgrund der passiven Retraktionskräften der Lungen Bei der Inspiration ist der intrapulmonale Druck negativ und bei der Exspiration positiv.
Atemstromstärke:
Aufgrund des negativen intrapulmonalen Drucks bei der Inspiration kommt es zu einem Lufteinstrom in die Lungen (negative Atemstromstärke). Bei der Exspiration liegt ein positiver intrapulmonaler Druck vor und es kommt zu einem Luftausstrom aus den Lungen (positive Atemstromstärke).
Atemzugvolumen:
Das Atemvolumen nimmt bei der Inspiration zu und bei der Exspiration ab.
| Aspekt | Intrapleuraler Druck | Intrapulmonaler Druck |
|---|---|---|
| Definition | Der Druck innerhalb des Pleuraraums zwischen Lunge und Brustwand | Der Druck innerhalb der Lungenbläschen (Alveolen) |
| Ursprung | Durch die Bewegungen des Zwerchfells und der Brustwand | Entspricht dem Umgebungsdruck/äußeren Luftdruck
Verändert sich bei der Inspiration und Exspiration aufgrund der Thoraxbewegungen und der resultierenden Volumenveränderungen |
| Änderung bei der Inspiration | Wird negativer | Wird negativer |
| Änderung bei der Exspiration | Wird positiver | Wird positiver |
| Funktion | Erzeugt eine Kraft, die zu einer Ausdehnung und Zusammenziehung der Lunge führt | Führt zu einem Lufteinstrom und einem Luftausstrom und somit zu einer Belüftung (= Ventilation) der Lungenbläschen |
| Auswirkung von Veränderungen | Veränderungen können zu einem Pneumothorax oder einer Atelektase führen | Veränderungen können zu einer Hypo- oder Hyperventilation führen |
| Druck in Atemruhelage | -0,5 kPa | 0 kPa |
