Das menschliche Atmungssystem besteht aus den Atemwegen (obere und untere) und der Lunge. Das Atmungssystem ist für den Gasaustausch zwischen dem Organismus und der Umwelt zuständig. Wie ist das Atmungssystem aufgebaut und wie funktioniert es?

Das Atmungssystem des Menschensoll die Atmung ermöglichen - den Vorgang des Gasaustausches, nämlich Sauerstoff und Kohlendioxid, zwischen dem Organismus und der Umwelt. Jede Zelle in unserem Körper benötigt Sauerstoff, um richtig zu funktionieren und Energie zu erzeugen. Der Atemvorgang wird unterteilt in:

  • äußere Atmung - Versorgung der Zellen mit Sauerstoff
  • innere Atmung - intrazellulär

Äußere Atmung entsteht durch die Synchronisation des Atmungssystems mit den Nervenzentren und ist in eine Reihe von Prozessen unterteilt:

  • Lungenventilation
  • Gasdiffusion zwischen Alveolarluft und Blut
  • Transport von Gasen durch das Blut
  • Gasdiffusion zwischen Blut und Zellen

Aufbau des Atmungssystems

Die Atemwege bestehen aus:

  • obere Atemwege , das heißt: Nasenhöhle ( cavum nasz ) und Rachen ( pharynx)
  • untere Atemwege : Kehlkopf ( Kehlkopf ), Luftröhre ( Luftröhre ), Bronchien ( Bronchien ) - rechts und links, die weiter in kleinere Äste unterteilt sind, und die kleinsten werden zu Bronchioli ( Bronchioli )

Der letzte Teil des Atemwegs führt zu den Alveolen ( alveoli pulmonales ). Die eingeatmete Luft, die durch die Atemwege strömt, wird von Staub, Bakterien und anderen kleinen Verunreinigungen gereinigt, befeuchtet und erwärmt. Andererseits ermöglicht die Struktur der Bronchien durch die Kombination von Knorpel, elastischen und glatten Muskelelementen die Regulierung ihres Durchmessers. Im Rachen kreuzen sich Atmungs- und Verdauungssystem. Aus diesem Grund stoppt beim Schlucken die Atmung und der Atemweg verschließt sich durch die Kehldeckel.

  • Lungen- paarige Organe in der Brust

In anatomischer und funktioneller Hinsicht sind die Lungen in Lappen unterteilt (die linke Lunge in zwei Lappen und die rechte in drei), die Lappen sind weiter in Segmente unterteilt, Segmente in Läppchen und Läppchen in Cluster.

Sie umgeben jede Lungezwei Schichten von Bindegewebe - parietale Pleura ( Pleura parietalis ) und Lungenpleura ( Pleura pulmonalis ). Zwischen ihnen befindet sich die Pleurahöhle ( cavum pleurae ), und die darin enth altene Flüssigkeit ermöglicht es der mit der Lungenpleura bedeckten Lunge, an der mit der Innenwand des Brustkorbs verschmolzenen parietalen Pleura zu haften. An der Stelle, wo die Bronchien in die Lunge eindringen, befinden sich Lungenhöhlen, in die neben den Bronchien auch Arterien und Lungenvenen münden.

Lungenventilation

Das Wesen der Beatmung besteht darin, atmosphärische Luft in die Alveolen zu saugen. Da Luft immer von höherem zu niedrigerem Druck strömt, sind bei jeder Ein- und Ausatmung die richtigen Muskeln beteiligt, die die Saug- und Druckbewegung des Brustkorbs ermöglichen.

Am Ende der Ausatmung ist der Druck in den Alveolen gleich dem atmosphärischen Druck, aber beim Einziehen der Luft werden das Zwerchfell ( Diaphragma ) und die äußeren Zwischenrippenmuskeln (musculi intercostales) Contract externi ), dies erhöht das Volumen der Brust und erzeugt ein Vakuum, das die Luft ansaugt.

Wenn der Bedarf an Ventilation steigt, werden zusätzliche Inspirationsmuskeln aktiviert: die M. sternocleidomastoideus ( musculi sternocleidomastoidei ), kleinere Brustmuskeln ( musculi pectorales minores), Vorderzahnmuskeln ( musculi serrati anteriores ), Trapezmuskeln ( musculi trapezii ), Hebel des Schulterblatts ( musculi levatores scapulae ), große und kleine Parallelogrammmuskeln ( musculi rhomboidei maiores et minores ) und geneigte Muskeln ( musculi scaleni )

Der nächste Schritt ist das Ausatmen. Es beginnt, wenn sich die Inspirationsmuskeln am Höhepunkt der Einatmung entspannen. In der Regel ist dies ein passiver Vorgang, da die durch die gedehnten elastischen Elemente im Lungengewebe erzeugten Kräfte ausreichen, um den Brustkorb an Volumen zu verlieren. Der Alveolardruck steigt über den atmosphärischen Druck und die resultierende Druckdifferenz führt Luft nach außen.

Beim starken Ausatmen ist die Situation etwas anders. Wir beschäftigen uns damit, wenn der Atemrhythmus langsam ist, wenn die Ausatmung die Überwindung eines erhöhten Atemwiderstandes erfordert, z.B. bei manchen Lungenerkrankungen, aber auch bei phonatorischer Aktivität, besonders beim Singen oder Spielen von Blasinstrumenten. Die Motoneuronen der Ausatmungsmuskulatur werden stimuliert, darunter: die Interkostalmuskulaturinnere Muskeln ( musculi intercostales interni ) und die Muskeln der vorderen Bauchwand, insbesondere die geraden Bauchmuskeln ( musculi recti abdominis ).

Atemfrequenz

Die Atemfrequenz ist sehr variabel und hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab. Ein ruhender Erwachsener sollte 7-20 Mal pro Minute atmen. Zu den Faktoren, die zu einer Erhöhung der Atemfrequenz führen, die fachmännisch als Tachypnoe bezeichnet wird, gehören Bewegung, Lungenerkrankungen und extrapulmonale Atemnot. Andererseits können neurologische Erkrankungen oder zentrale Nebenwirkungen von Betäubungsmitteln Bradypnoe, also eine deutliche Abnahme der Atemzüge, zur Folge haben. Darin unterscheiden sich Kinder von Erwachsenen: Je kleiner das Kleinkind, desto höher die physiologische Atemfrequenz.

Lungenvolumen und -kapazitäten

  • TLC (gesamte Lungenkapazität) -gesamte Lungenkapazität- Volumen, das sich nach der tiefsten Einatmung in der Lunge befindet
  • IC -Einatmungskapazität- beim tiefsten Einatmen nach ruhigem Ausatmen in die Lunge gezogen
  • IRV (inspiratorisches Reservevolumen) -inspiratorisches Reservevolumen- während der maximalen Inspiration am Höhepunkt der freien Inspiration in die Lunge gezogen
  • TV (Atemzugvolumen) -Atemzugvolumen- beim Ein- und Ausatmen frei ein- und ausgeatmet
  • FRC -Restfunktionsfähigkeit- verbleibt nach ruhiger Ausatmung in der Lunge
  • ERV (exspiratorisches Reservevolumen) -exspiratorisches Reservevolumen- bei maximaler Exspiration nach freier Inhalation aus der Lunge entfernt
  • RV (Residualvolumen) -Residualvolumen- verbleibt bei maximaler Ausatmung immer in der Lunge
  • VC (Vitalkapazität) -Vitalkapazität- nach maximaler Einatmung bei maximaler Ausatmung aus der Lunge entfernt
  • IVC (inspiratorische Vitalkapazität) -inspiratorische Vitalkapazität- nach tiefster Ausatmung bei maximaler Einatmung in die Lunge gezogen; kann etwas größer als VC sein, da sich die Alveolarleiter zum Zeitpunkt der maximalen Ausatmung gefolgt von der maximalen Einatmung schließen, bevor die die Blasen füllende Luft entfernt wird

Während der freien Inspiration beträgt das Tidalvolumen 500 ml. Allerdings erreicht nicht das gesamte Volumen die Alveolen. Etwa 150 ml füllen die Atemwege aus, die keine Bedingungen für den Gasaustausch zwischen Luft und Blut haben, d. H. Nasenhöhle, Rachen, Kehlkopf, Luftröhre, Bronchien und Bronchiolen. Das nennt man anatomischer Atemtotraum. Die restlichen 350 ml werden mit gemischtwobei Luft die funktionelle Restkapazität darstellt, wird sie gleichzeitig erhitzt und mit Wasserdampf gesättigt. Auch in den Alveolen ist nicht die gesamte Luft gasförmig. In den Kapillaren der Wände einiger Lungenbläschen fließt das Blut nicht oder nicht genug, um die gesamte Luft für den Gasaustausch zu nutzen. Dies ist der physiologische Atemtotraum und bei Gesunden klein. Leider kann es bei Krankheitszuständen deutlich zunehmen.

Die durchschnittliche Atemfrequenz in Ruhe beträgt 16 pro Minute und das Atemzugvolumen beträgt 500 ml. Wenn wir diese beiden Werte multiplizieren, erh alten wir eine Lungenventilation. Daraus folgt, dass pro Minute etwa 8 Liter Luft ein- und ausgeatmet werden. Bei schnellen und tiefen Atemzügen kann der Wert deutlich ansteigen, sogar um das Dutzend- bis Zwanzigfache.

All diese komplizierten Parameter: Kapazitäten und Volumina wurden nicht nur eingeführt, um uns zu verwirren, sondern haben auch eine wichtige Anwendung bei der Diagnose von Lungenerkrankungen. Es gibt eine Test-Spirometrie, die misst: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV und IRV. Es ist für die Diagnose und Überwachung von Krankheiten wie Asthma und COPD unerlässlich.

Gasdiffusion zwischen Alveolarluft und Blut

Die Grundstruktur der Lunge sind die Alveolen. Es gibt etwa 300-500 Millionen davon mit einem Durchmesser von jeweils 0,15 bis 0,6 mm und einer Gesamtfläche von 50 bis 90 m².

Die Wände der Alveolen bestehen aus einem dünnen, flachen, einschichtigen Epithel. Zusätzlich zu den Zellen, aus denen das Epithel besteht, enth alten die Follikel zwei weitere Zelltypen: Makrophagen (Darmzellen) und auch Typ-II-Follikelzellen, die das Tensid produzieren. Es ist eine Mischung aus Proteinen, Phospholipiden und Kohlenhydraten, die aus Fettsäuren im Blut hergestellt werden. Das Tensid verhindert durch Verringerung der Oberflächenspannung das Zusammenkleben der Alveolen und verringert die Kräfte, die zum Dehnen der Lunge erforderlich sind. Von außen sind die Vesikel mit einem Netzwerk von Kapillaren bedeckt. Kapillaren, die in die Alveolen gelangen, transportieren Blut, das reich an Kohlendioxid, Wasser, aber mit einer geringen Menge Sauerstoff ist. Im Gegensatz dazu ist in der Alveolarluft der Partialdruck von Sauerstoff hoch und der von Kohlendioxid niedrig. Die Gasdiffusion folgt einem Gradienten des Gaspartikeldrucks, sodass kapillare Erythrozyten Sauerstoff aus der Luft einfangen und Kohlendioxid loswerden. Gasmoleküle müssen die Alveolarwand und die Kapillarwand passieren, genauer gesagt: eine Flüssigkeitsschicht, die die Alveolaroberfläche, das Alveolarepithel, die Basalmembran und das Endothel bedecktKapillaren

Transport von Gasen durch das Blut

  • Sauerstofftransport

Sauerstoff löst sich zunächst physikalisch im Plasma, diffundiert dann aber durch die Hülle in die Erythrozyten, wo er sich mit Hämoglobin zu Oxyhämoglobin (sauerstoffreichem Hämoglobin) verbindet. Hämoglobin spielt eine sehr wichtige Rolle beim Sauerstofftransport, da sich jedes seiner Moleküle mit 4 Sauerstoffmolekülen verbindet und so die Fähigkeit des Blutes, Sauerstoff zu transportieren, um das 70-fache erhöht. Die im Plasma gelöst transportierte Sauerstoffmenge ist so gering, dass sie für die Atmung unerheblich ist. Dank des Kreislaufsystems gelangt sauerstoffgesättigtes Blut in jede Körperzelle.

  • Kohlendioxidtransport

Kohlendioxid aus dem Gewebe gelangt in die Kapillaren und wird zur Lunge transportiert:

  • okay. 6 % physikalisch gelöst im Plasma und im Zytoplasma der Erythrozyten
  • okay. 6 % gebunden an freie Aminogruppen von Plasma- und Hämoglobinproteinen (als Carbamate)
  • überwiegend, d.h. ca. 88 % als HCO3-Ionen gebunden durch das Bikarbonat-Puffersystem von Plasma und Erythrozyten

Gasdiffusion zwischen Blut und Zellen

Gasmoleküle dringen erneut entlang des Elastizitätsgradienten in die Gewebe ein: Der vom Hämoglobin freigesetzte Sauerstoff diffundiert in das Gewebe, während Kohlendioxid in die entgegengesetzte Richtung diffundiert - von den Zellen zum Plasma. Aufgrund des unterschiedlichen Sauerstoffbedarfs verschiedener Gewebe gibt es auch Unterschiede in der Sauerstoffspannung. In Geweben mit intensivem Stoffwechsel ist die Sauerstoffspannung niedrig, sodass sie mehr Sauerstoff verbrauchen, während das abfließende venöse Blut weniger Sauerstoff und mehr Kohlendioxid enthält. Der arteriovenöse Unterschied im Sauerstoffgeh alt ist ein Parameter, der den Grad des Sauerstoffverbrauchs durch Gewebe bestimmt. Jedes Gewebe wird mit arteriellem Blut mit gleichem Sauerstoffgeh alt versorgt, während venöses Blut davon mehr oder weniger enth alten kann.

Innere Atmung

Atmen auf zellulärer Ebene ist ein mehrstufiger biochemischer Prozess, der die Oxidation organischer Verbindungen beinh altet, die biologisch nützliche Energie erzeugen. Es ist ein grundlegender Prozess, der auch dann weitergeht, wenn andere Stoffwechselprozesse gestoppt werden (anaerobe Alternativprozesse sind ineffizient und von begrenzter Bedeutung).

Die Schlüsselrolle spielen Mitochondrien - Zellorganellen, die Sauerstoffmoleküle aufnehmen, die in die Zelle diffundieren. Alle Enzyme des Krebszyklus (auch als Tricarbonsäurezyklus bekannt) befinden sich auf der äußeren Membran der Mitochondrien, während sich die Enzyme der Kette auf der inneren Membran befinden.

Im Krebszyklus werden Zucker-, Protein- und Fettmetaboliten unter Freisetzung von freien Wasserstoffatomen oder freien Elektronen zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert. Weiter in der Atmungskette - der letzten Stufe der intrazellulären Atmung - werden durch die Übertragung von Elektronen und Protonen auf aufeinanderfolgende Förderer hochenergetische Phosphorverbindungen synthetisiert. Das wichtigste davon ist ATP, also Adenosin-5′-Triphosphat, ein universeller Träger chemischer Energie, die im Zellstoffwechsel verwendet wird. Es wird von zahlreichen Enzymen in Prozessen wie Biosynthese, Bewegung und Zellteilung verbraucht. Die Verarbeitung von ATP in lebenden Organismen ist kontinuierlich und es wird geschätzt, dass der Mensch jeden Tag die Menge an ATP umwandelt, die seinem Körpergewicht entspricht.

Atemregulierung

In der Medulla befindet sich das Atemzentrum, das die Frequenz und Tiefe der Atmung reguliert. Es besteht aus zwei Zentren mit entgegengesetzten Funktionen, die von zwei Arten von Neuronen gebildet werden. Beide befinden sich innerhalb der Formatio reticularis. Im Solitärkern und im vorderen Teil des posterior-mehrdeutigen Vagusnervs befindet sich das Inspirationszentrum, das Nervenimpulse an das Rückenmark an die Motoneuronen der Inspirationsmuskeln sendet. Andererseits befindet sich im mehrdeutigen Kern des Vagusnervs und im hinteren Teil des hinter-mehrdeutigen Kerns des Vagusnervs das Ausatmungszentrum, das die Motoneuronen der Ausatmungsmuskulatur stimuliert.

Die Neuronen des Inspirationszentrums senden mehrmals pro Minute eine Reihe von Nervenimpulsen, die dem absteigenden Ast zu den Motoneuronen im Rückenmark und gleichzeitig dem aufsteigenden Axonast zu den Neuronen des Retikulären folgen Bildung der Brücke. Es gibt ein pneumotaktisches Zentrum, das das Inspirationszentrum für 1-2 Sekunden hemmt und dann das Inspirationszentrum wieder stimuliert. Durch aufeinanderfolgende Stimulations- und Hemmungsperioden des Inspirationszentrums wird die Rhythmik der Atemzüge sichergestellt. Das Inspirationszentrum wird durch Nervenimpulse reguliert, die entstehen in:

  • Chemorezeptoren der Hals- und Aortenlappen, die auf eine Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration, der Wasserstoffionenkonzentration oder eine signifikante Abnahme der Sauerstoffkonzentration im arteriellen Blut reagieren; Impulse von den Aortengerinnseln wandern durch die Glossopharynx- und Vagusnerven. und die Wirkung ist die Beschleunigung und Vertiefung der Einatmung
  • Interorezeptoren des Lungengewebes und thorakale Propriorezeptoren;
  • Inflationsmechanorezeptoren befinden sich zwischen den glatten Bronchialmuskeln, sie werden durch Dehnung des Lungengewebes stimuliert, was die Ausatmung auslöst; dann die Verringerung der Dehnung des Lungengewebes beim Ausatmen, aktiviert dieses Mal andere Mechanorezeptorendeflationäre, die das Einatmen auslösen; Dieses Phänomen nennt man Hering-Breuer-Reflexe;
  • Die inspiratorische oder exspiratorische Einstellung der Brust irritiert die jeweiligen Propriorezeptoren und verändert die Frequenz und Tiefe des Atems: je tiefer man einatmet, desto tiefer atmet man aus;
  • Zentren der oberen Gehirnschichten: Cortex, limbisches System, Thermoregulationszentrum im Hypothalamus

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Atmungssystem