Eine Reise durch die Physiologie

VII.       VIII. Respirationssystem, Atemgastransport       IX.


Funktioneller Aufbau des Respirationssystems, Atemarbeit, Totraum

Atemmechanik: Welche Kräfte bedingen Ein- und Ausatmung?

Atemvolumina, Atemwiderstände, Oberflächenspannung

Abstimmung von Ventilation, Diffusion und Perfusion in der Lunge

Unspezifische und spezifische Abwehrmechanismen des Respirationsapparates

Atemregulation (Rezeptoren, Reflexe, zentrale Steuerung)

Zusammenspiel von Atmung und Eigenschaften des Hämoglobins, Blutgaswerte

Funktionelle Atemuntersuchung

Atmung und Beatmung



Die Atmung entfernt am meisten Säure aus dem Körper.  Kohlendioxid ist das Anhydrid der Kohlensäure, und mit der Atmung werden täglich ca. 15.000 mM davon eliminiert - fast die gesamte Säureausscheidung des Organismus. Atmet man zu wenig, nimmt nicht nur die Sauerstoffversorgung ab, es steigt auch der CO2-Spiegel im Blut (Hyperkapnie) - was das Blut ansäuert (respiratorische Azidose) und die Hirngefäße weitet (zerebrale Vasodilatation). Übertriebene Atmung erzeugt umgekehrt Hypokapnie - das reduziert wiederum die zerebrale Perfusion, u.U. bis zum Auftreten einer Ohnmacht (eine direkte Beziehung zwischen Atmung und Hirnleistung ist offenkundig - das Wort Re-spiration kommt von spiritus = Geist, Seele).

Die Mechanik der Ventilation (Luftbewegung) beruht auf dem Strömungsgesetz: Zur Bewegung von Luft (durch Trachea, Bronchien) bedarf es eines Druckunterschieds. Je größer dieser ist (und je geringer der Strömungswiderstand, d.h. je weiter die Bronchien), umso mehr Luft strömt, d.h. wird geatmet. Bei konstantem äußeren Luftdruck muss sich der Druck in den Alveolen ändern: Pulmonaler Unterdruck läßt Luft einströmen (Inspiration), Überdruck ausströmen (Exspiration). Dazu muss das Volumen der Alveolen verändert werden (Boyle-Mariotte-Gesetz: [Druck mal Volumen] konstant). Bei Erweiterung des Thorax (Kontraktion des Zwerchfells und der äußeren Interkostalmuskeln) sinkt der Druck, es erfolgt Einatmung; Retraktion der Lunge verringert das Volumen und steigert den Alveolardruck, es erfolgt Ausatmung.

Die Atmung beeinflusst die Partialdrucke von Sauerstoff und Kohlendioxid im Blut. Daher werden diese Werte bei der Atmungssteuerung berücksichtigt: Chemorezeptoren in Gehirn und Glomusorganen messen den pO2- und pCO2-Wert, steigender [pCO2] stimuliert die Atmung bis zum Mehrfachen des Ruhewertes. Der stärkste Atemanreiz ist Muskelaktivität: Diese kann die Atmung mehr als zwanzigfach erhöhen.

Der Atemgasaustausch erfolgt in den Lungenbläschen (Alveolarkapillaren). In den Luftwegen findet so gut wie kein Gasaustausch statt, ihr Volumen (≈150 ml) heißt Totraum, der Verteilungs- und Schutzfunktion hat. Beträgt das Atemvolumen 600 ml, dann pendelt ein Viertel (150 ml) der ein/ausgeatmeten Luft im Totraum hin und her, 3/4 dienen dem alveolären Gasaustausch.

Die Lunge ist Umweltfaktoren ausgesetzt: Eingeatmete Luft enthält schädliche Beimengungen (Staub, Krankheitserreger, Reizgase). Zu den Schutzmechanismen zählen Schleimproduktion und Flimmerstrom in den Atemwegen, Surfactant, Phagozyten und protektive Moleküle in den Alveolen. Surfactant - eine Mischung aus Lipiden und Proteinen - verringert außerdem die Oberflächenspannung (Wasser - Luft), die sonst Alveolen kollabieren ließe. Mangelnde Produktion von Surfactant (Frühgeburten) kann die Entfaltung der Lunge behindern (respiratory distress syndrome).

Bei ausgeatmeter Ruhelage befindet sich die funktionelle Residualkapazität (FRC) in der Lunge, geatmet wird das Atemzugvolumen (tidal volume). Darüber hinaus kann ein inspiratorisches und ein exspiratorisches Reservevolumen geatmet werden. Einschränkungen der Atemweite heißen restriktive Störungen. Luftmengen können mit Spirometern direkt ermittelt werden, nicht das Reservevolumen, dessen Größe mittels Indikatorverdünnung (z.B. mit Helium) bestimmt werden kann.

Der Strömungswiderstand (resistance; erhöht: obstruktive Störung) kann mittels einfacher Tests (Kerzenausblasen) oder über das maximale Atemvolumen (der Vitalkapazität VC) abgeschätzt werden (Sekundenstoßwert normalerweise >75% der VC). Mittels Strömungsmessung (Pneumotachographie) in einer luftdichten Kammer (Ganzkörperplethysmographie) wird er quantifizierbar.

© H. Hinghofer-Szalkay