Lungenventilation

Unter Atmung versteht man die Bewegung der Luft in und aus den Lungen. Die Luft, die ein- und ausgeht, wird als Atmung bezeichnet. Wenn eine Person nicht atmen kann, wird sie sterben.

Die Atmung hilft den Menschen, zwei sehr wichtige Dinge zu tun:

  1. Bringen Sie Sauerstoff in den Körper. Jeder Teil des Körpers braucht Sauerstoff zum Überleben. Der einzige Weg, wie Menschen Sauerstoff bekommen können, ist, ihn einzuatmen.
  2. Kohlendioxid (CO2) aus dem Körper entfernen. Wenn der Körper Energie erzeugt, bleibt Kohlendioxid übrig. Der Körper muss zusätzliches Kohlendioxid loswerden, denn zu viel davon ist giftig. Der einzige Weg, wie der Mensch Kohlendioxid loswerden kann, ist, es auszuatmen.

Wenn eine Person einatmet, bringt sie Luft in ihre Lungen. In der Luft befindet sich Sauerstoff. Der Sauerstoff gelangt von den Lungen in den Blutkreislauf der Person. Wenn Sauerstoff in den Blutkreislauf gelangt, kommt zusätzliches Kohlendioxid heraus und gelangt in die Lungen. Dies nennt man Gasaustausch: Im Grunde genommen tauschen Sauerstoff und Kohlendioxid ihre Plätze. Der Sauerstoff befindet sich nun im Blutkreislauf, der diesen Sauerstoff zu allen Teilen des Körpers transportieren kann. Außerdem befindet sich Kohlendioxid jetzt in den Lungen, wo es ausgeatmet werden kann.

Erwachsene atmen etwa 18 Mal pro Minute, d.h. mehr als 25.000 Mal am Tag. Kinder atmen sogar noch schneller.

Gasaustausch beim Menschen. Sauerstoff und Kohlendioxid wechseln ihren Platz zwischen einer Kapillare (Teil des Blutstroms) und einer Alveole (Luftsack in der Lunge).
Gasaustausch beim Menschen. Sauerstoff und Kohlendioxid wechseln ihren Platz zwischen einer Kapillare (Teil des Blutstroms) und einer Alveole (Luftsack in der Lunge).

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Atmungsmuskeln

Damit eine Person atmen kann, müssen bestimmte Muskeln zum richtigen Zeitpunkt kontrahieren (enger werden) und entspannen. Die speziellen Gruppen von Neuronen im Rückenmark sagen diesen Atemmuskeln, wann sie sich kontrahieren (was eine Person einatmen lässt) und wann sie sich entspannen (was eine Person ausatmen lässt). Es gibt einige wenige Hauptgruppen von Muskeln, die die Atmung kontrollieren.

Das Zwerchfell

Das Zwerchfell ist der Hauptmuskel, der die Atmung steuert. Es ist eine Muskelschicht, die entlang der Unterseite des Brustkorbs verläuft. Wenn das Zwerchfell entspannt ist, hat es die Form einer Kuppel (wie ein Halbkreis). Wenn das Mark dem Zwerchfell sagt, es solle den Körper zum Einatmen bringen, zieht sich das Zwerchfell nach unten und richtet sich auf. Dadurch entsteht mehr Platz im Brustkorb und mehr Platz für die Lungen, um sich mit Luft zu füllen. Luft gelangt in die Lungen (dies ist das Einatmen). Wenn es Zeit zum Ausatmen ist, entspannt sich das Zwerchfell wieder und die Luft verlässt die Lungen.

Etwa 60% - 70% der Atemfähigkeit einer Person kommt vom Zwerchfell.

Das Zwerchfell wird von einem speziellen Nervensatz, den so genannten Zwerchfellnerven, gesteuert. Das Rückenmark teilt dem Zwerchfell mit, wann es sich zusammenziehen soll, indem es Botschaften durch die Phrenicusnerven sendet. Da das Zwerchfell für die Atmung so wichtig ist, sind die Zwerchfellnerven im Körper sehr gut geschützt. Sie befinden sich ganz oben im Rückenmark in der Nähe des Halses.

Die Interkostalen (Rippenmuskeln)

Die Interkostalmuskeln verlaufen zwischen jeder Rippe. Wenn eine Person einatmen muss, ziehen sich diese Muskeln zusammen und ziehen die Rippen nach oben. Dadurch entsteht im Brustkorb mehr Raum, den die Lungen ausfüllen können.

Wenn eine Person ruht, kommen etwa 30% bis 40% ihrer Atemfähigkeit von den Interkostalmuskeln.

Die Interkostalmuskeln werden von den Interkostalnerven gesteuert. Das Rückenmark teilt den Interkostalmuskeln mit, wann sie sich kontrahieren sollen, indem es über diese Nerven Nachrichten sendet. Die Interkostalnerven sind nicht so gut geschützt wie die Phrenicusnerven. Die Interkostalnerven verlaufen entlang der Brustwirbelsäule (die sich im oberen bis mittleren Rückenbereich befindet) und verbinden sich mit den Interkostalmuskeln. Das bedeutet, dass eine Person bei einer Verletzung der Brustwirbelsäule möglicherweise nicht in der Lage ist, ihre Interkostalmuskeln einzusetzen. Sie würden dann 30% bis 40% ihrer Atemfähigkeit verlieren. Da die Nerven, die das Zwerchfell steuern, jedoch viel weiter oben in der Wirbelsäule liegen und besser geschützt sind, könnte die Person trotzdem noch mit dem Zwerchfell atmen. Sie hätte immer noch 60% bis 70% ihrer Atemfähigkeit.

Akzessorische Muskeln

Akzessorische Muskeln sind Muskeln, die eine Person nur dann einsetzt, wenn sie zusätzliche Hilfe beim Atmen benötigt. Manchmal ist dies normal. Wenn eine Person zum Beispiel gerade viel Sport getrieben hat, benötigt sie möglicherweise zusätzlichen Sauerstoff. Das Rückenmark weist die akzessorischen Muskeln an, einzugreifen, damit die Person ihren Brustkorb leichter anheben kann, um mehr Platz für die Lunge zu schaffen. Die wichtigsten akzessorischen Muskeln sind die Brust-, Bauch- und Nackenmuskeln.

Wenn eine Person jedoch Hilfsmuskeln zum Atmen im Ruhezustand einsetzen muss, ist dies ein Zeichen dafür, dass sie nicht den Sauerstoff erhält, den ihr Körper benötigt. Möglicherweise benötigen sie Medikamente, zusätzlichen Sauerstoff über eine Maske oder sogar eine medizinische Notfallbehandlung, damit sie normal atmen können. Beispielsweise verwenden Menschen mit Asthma oder chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) häufig einen Inhalator, wenn sie Atembeschwerden haben. Der Inhalator bläst ein Medikament wie Albuterol in die Luftröhre und in die Lungen. Dadurch werden die Atemwege breiter und die Person kann besser atmen als zuvor.

Ein Inhalator
Ein Inhalator

Animation der Funktionsweise des Zwerchfells (in grün)
Animation der Funktionsweise des Zwerchfells (in grün)

Wie das Gehirn die Atmung steuert

Ein als Medulla oblongata bezeichneter Teil des Hirnstamms steuert die Atmung. Gruppen von Neuronen im Rückenmark sagen den Atemmuskeln, wann sie einatmen, wann sie schneller und wann sie langsamer atmen sollen.

Der Hirnstamm misst, wie viel Kohlendioxid sich im Blut eines Menschen befindet. Wenn zuviel Kohlendioxid vorhanden ist, weist das Rückenmark den Körper an, schneller zu atmen. Dies hilft der Person, das zusätzliche Kohlendioxid auszuatmen. Wenn die Kohlendioxidmenge im Blut wieder normal ist, weist das Rückenmark den Körper an, wieder langsamer zu atmen.

Der Körper misst auch die Sauerstoffmenge im Blut. Wenn nicht genügend Sauerstoff im Blut vorhanden ist, weist das Rückenmark den Körper an, schneller zu atmen, um mehr Sauerstoff aufzunehmen. Sobald genügend Sauerstoff im Blut vorhanden ist, weist das Rückenmark den Körper an, wieder langsamer zu atmen.

Die Medulla oblongata (in rot)
Die Medulla oblongata (in rot)


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