1.3: Physiologie der Atmung I: Funktionen des Atmungssystems

Das Atmungssystem ist entscheidend für den Austausch von Sauerstoff (O_2) und Kohlendioxid (CO_2) zwischen der Atmosphäre und dem Blutkreislauf und hält so das Gleichgewicht des Körpers aufrecht. Neben dem Gasaustausch hilft es auch bei der Regulierung des Säure-Basen-Haushalts, reinigt die eingeatmete Luft und ermöglicht die Stimmbildung.

Grundlegende Prozesse der Atmung:

• Belüftung
• Gasaustausch
• Sauerstofftransport
• Kohlendioxidtransport
• Oxygenierung
• Compliance- und Widerstandsdynamik

Prozessdetails:

• Bei der Ventilation wird Luft durch Ein- und Ausatmen in die Lunge hinein und aus ihr heraus bewegt. Die Bewegung wird durch Druckunterschiede angetrieben und durch die Atemmuskulatur, einschließlich des Zwerchfells und der Interkostalmuskulatur, vermittelt.
• Gasaustausch: Der Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid findet in den Alveolen statt, was durch ihre große Oberfläche und die Nähe zu den Lungenkapillaren erleichtert wird. Sauerstoff gelangt aus der eingeatmeten Luft ins Blut, während Kohlendioxid aus dem Blut in die Alveolen gelangt und ausgeatmet wird.
• Sauerstofftransport: Hämoglobin in Erythrozyten transportiert Sauerstoff von der Lunge zu den Körpergeweben und bildet Oxyhämoglobin. Ein kleiner Teil des Sauerstoffs löst sich im Plasma.
• Kohlendioxidtransport: Es wird in drei Formen transportiert: gelöst im Plasma, gebunden an Hämoglobin als Carbaminohämoglobin und als Bikarbonationen in den roten Blutkörperchen, die für die Aufrechterhaltung des Säure-Basen-Gleichgewichts entscheidend sind.
• Sauerstoffversorgung: Der Prozess, bei dem sich der Sauerstoff an das Hämoglobin in den roten Blutkörperchen bindet, wird von Faktoren wie dem Sauerstoffpartialdruck, dem pH-Wert und der Temperatur beeinflusst. Eine effiziente Oxygenierung gewährleistet eine angemessene Sauerstoffversorgung des Gewebes.
• Dynamik von Compliance und Widerstand: Die Compliance gibt die Fähigkeit der Lunge und der Brustwand an, sich beim Einatmen auszudehnen. Eine hohe Compliance bedeutet eine leichtere Ausdehnung, während eine niedrige Compliance Steifheit anzeigt. Der Widerstand misst den Widerstand gegen den Luftstrom in den Atemwegen, wobei ein erhöhter Widerstand das Atmen erschwert.

Die Physiologie der Atmung umfasst drei grundlegende Prozesse: Ventilation, Sauerstoffversorgung und die Dynamik von Compliance und Widerstand.

Unter Ventilation versteht man das Ein- und Ausatmen von Luft.

Die Inhalation beginnt mit der Kontraktion des Zwerchfells, der äußeren Interkostal- und der Skalenmuskulatur, wodurch die Brusthöhle erweitert und der intrathorakale Druck reduziert wird, wodurch Luft in die Lunge gelangt.

Die Ausatmung wird durch den elastischen Rückstoß der Lunge und der Brustwand angetrieben, der den intrathorakalen Druck erhöht und Luft ausstößt.

Die Sauerstoffversorgung ist der Prozess, bei dem die Organe und Gewebe des Körpers durch Diffusion über die Alveolen-Kapillarmembran mit Luftsauerstoff versorgt werden.

Sauerstoff gelangt von den Lungenbläschen in das arterielle Blut, während Kohlendioxid aus dem arteriellen Blut in die Lungenbläschen gelangt.

Als nächstes ist Compliance die Fähigkeit der Lunge, sich auszudehnen, beeinflusst von der Elastizität des Lungengewebes und der Flexibilität der Brustwand.

Schließlich ist der Widerstand das Hindernis für den Luftstrom während der Atmung, der hauptsächlich vom Atemwegsdurchmesser beeinflusst wird. Die Bronchokonstriktion erhöht den Widerstand der Atemwege, während die Bronchodilatation ihn verringert.