Physiologie der Funktionsweise der Atmung

Zentrale neuronale Kontrolle

Die Atmung ist ein halbautomatischer Prozess, der größtenteils von Teilen des Gehirns, der Großhirnrinde, gesteuert wird, Mark, und Pons. Zusammen bilden diese Komponenten die zentrale neuronale Steuerung, auch bekannt als „Atemantrieb“. 1

Das Mark und die Pons arbeiten zusammen, um die normale Ein- und Ausatmung zu regulieren. Die Großhirnrinde „greift ein“, wenn es zu bewussten Veränderungen der Atmung (z. B. Anhalten des Atems) oder unbewussten Veränderungen (z. B. Atmen beim Singen) kommt. 1

Sensorische Eingabesysteme

Sensorische Eingabesysteme sind lokale „Unterstationen“, die Nervensignale zum und vom Gehirn übertragen, um die Muskeln der Atemmuskulatur zu regulieren. Dieses System besteht aus vier Gruppen von Rezeptoren: 1

• Mechanorezeptoren , die sich im gesamten Atemtrakt befinden, liefern dem Gehirn Informationen über den mechanischen Zustand der Lunge, einschließlich der Atemfrequenz, des Luftraums in der Lunge und von Problemen wie inhalierten Reizstoffen.
• Metaborezeptoren sind mit der Muskulatur der Brusthöhle verbunden und regen bei erhöhter Atemfrequenz die Ausdehnung des Brustkorbs an.
• Zentrale Chemorezeptoren überwachen Veränderungen der Blutgase im Gehirn und Rückenmark und erhöhen oder verringern bei Bedarf die Atemfrequenz.
• Periphere Chemorezeptoren überwachen abnormale Veränderungen der Blutgase in den Arterien und erhöhen oder verringern bei Bedarf auch die Atemfrequenz.

Atemmuskulatur

Informationen aus dem sensorischen Eingabesystem werden vom Gehirn in elektrische Signale umgewandelt, die die Bewegung der Atemmuskulatur steuern. 1

Zu diesen Muskeln gehören: 1

• Zwerchfell : Dies ist ein großer, kuppelförmiger Muskel unter der Lunge, der sich rhythmisch, kontinuierlich und meist unwillkürlich zusammenzieht.
• Innere Interkostalmuskeln : Diese Muskeln, die die Brustwand auskleiden, ziehen den Brustkorb nach unten, um Luft aus der Lunge zu drücken.
• Äußere Interkostalmuskeln : Diese Muskeln liegen außerhalb der Brustwand und heben den Brustkorb an, um Luft in die Lunge zu ziehen.
• Bauchmuskeln : Diese Muskeln drücken die Bauchorgane zusammen und drücken sie nach oben in das Zwerchfell, um Luft aus der Lunge zu befördern.

Obere Atemwege

Wenn Sie atmen, erfolgt der Lufttransport in den Körper und aus ihm heraus in den oberen Atemwegen. Diese besteht aus Muskeln, Weichteilen und knöchernen oder knorpeligen Strukturen, die den ungehinderten Luftstrom in die Lunge hinein und aus ihr heraus aufrechterhalten. 1

Zu den Hauptstrukturen der oberen Atemwege gehören: 1

• Nase und Nasenlöcher
• Nasenhöhle
• Mund
• Rachen(Kehle)
• Larynx(Anrufbeantworter)
• Luftröhre(Luftröhre)

Einige Muskeln der oberen Atemwege, einschließlich der TrachealisDer Muskel auf der Rückseite der Luftröhre arbeitet mit der Atemmuskulatur zusammen, um Reizstoffe wie Rauch oder Wasser aus der Lunge auszustoßen, indem er Husten auslöst. 2

Andere Muskeln, wie der RachenmuskelKonstriktormuskeln, die sich willkürlich zusammenziehen, wenn Sie den Atem anhalten müssen. 3

Major Airways

Am Ende Ihrer Luftröhre teilen sich die Atemwege in zwei Zweige, die Bronchien genannt werdendie als Hauptluftwege zu jeder Lunge dienen. Einzeln werden sie als rechter und linker Bronchus bezeichnet. 4

Die Bronchien verzweigen sich in kleinere Bronchiolendie den Ästen eines Baumes ähneln. Wenn die Äste kleiner werden, gehen sie vom stabilen Knorpel in glatte Muskeln über, die sich erweitern (erweitern) oder verengen (verengen) können. 4

Die Wände dieser Luftwege sind mit Becherzellen ausgekleidet , die Schleim produzieren. Der Zweck des Schleims besteht darin, die Atemwege vor Reizstoffen oder Infektionen zu schützen, die ihnen schaden können. 5

Wenn jedoch übermäßig viel Schleim produziert wird, beispielsweise bei Krankheiten wie COPD und Mukoviszidose , kann der Luftstrom blockiert sein, was zu Kurzatmigkeit und einem „feuchten“ produktiven Husten führt . 5

Lunge

Die beiden Lungenflügel – ein linker und ein rechter Lungenflügel – liegen in der Brusthöhle und sind durch das Mediastinum getrennt, das das Herz und andere Organe enthält. Der linke Lungenflügel ist etwas kleiner als der rechte und hat eine Einkerbung für das Herz. 4

Jeder Lungenflügel ist in Lappen unterteilt: Der linke hat zwei Lappen und der rechte hat drei. Zusammen sind die Lungen von einer zweischichtigen Membran umgeben, die Pleurasack genannt wirdDadurch werden sie an der Brustwand und damit an den Interkostalmuskeln befestigt. 4

Die Lunge selbst ist weich und schwammig. Sie besteht größtenteils aus Lufträumen, die mit Bindegewebe und Hunderten Millionen winziger Luftbläschen, sogenannten Alveolen , gefüllt sind, wo Sauerstoff und Kohlendioxid ausgetauscht werden. 6

Jede Alveole ist mit einer Bronchiole verbunden. 7

Was passiert, wenn Sie atmen?

Beim Einatmen entsteht durch das Herunterziehen des Zwerchfells und das Anheben der äußeren Interkostalmuskeln ein Unterdruck – oder Vakuum – in der Brusthöhle, der Luft in die Lunge zieht. 1

Während der Ausatmung führt die Kontraktion des Zwerchfells und der Bauchmuskulatur zusammen mit dem Herunterziehen der inneren Interkostalmuskeln zu einer Verringerung des Raums in der Brusthöhle, wodurch Luft aus der Lunge gedrückt wird. 1

Bezüglich des Gasaustausches arbeiten die Atemwege mit dem Kreislaufsystem wie folgt zusammen, um dies zu erreichen: 7

• Beim Einatmen diffundieren Sauerstoffmoleküle durch die Wand der Alveolen in winzige Blutgefäße, sogenannte Kapillaren . Das sauerstoffreiche Blut wird dann über die Lungenvene zum Herzen geleitet.
• Beim Ausatmen diffundiert Kohlendioxid, das über die Lungenarterie in die Lunge gelangt , durch die Wände der Kapillaren in die Alveolen.

Der gesamte Vorgang wiederholt sich bei einem gesunden Erwachsenen 12 bis 20 Mal pro Minute. Bei sportlicher Betätigung oder anstrengender Aktivität, bei der mehr Sauerstoff benötigt wird, erhöht sich die Atemfrequenz. 1