Atmungssystem

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Das menschliche Atmungssystem.

Das Atmungssystem oder der Atemtrakt bezeichnet das gesamte Organsystem, was für die Atmung zuständig ist. Es besteht aus den Luftwegen, den Lungen und der Atemmuskulatur.

Die Aufgabe des Atmungssystems ist es, einen Gasaustausch zwischen Blut und Luft durchzuführen und dabei das Blut mit Sauerstoff anzureichern und Kohlendioxid abzugeben. Ein effektiver Gasaustausch wird durch die im Verhältnis zum Lungenvolumen extrem große Oberfläche der Alveolen in der Lunge erreicht.

Beim Tauchen dient die Lunge nicht nur der Atmung, sondern sie ist auch ein gasgefüllter, im Volumen variabler Hohlraum, der zur Feintarierung verwendet werden kann.

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Lunge

Anatomie des menschlichen Brustkorbs.

Luft gelangt vom Nasen-Rachen-Raum über die Luftröhre in die Bronchien, welche sich bis zu den Lungenbläschen (Alveolen), in denen der Gasaustausch mit dem Blut stattfindet, verzweigen. Ein erwachsener Mensch besitzt etwa 300 Millionen Alveolen mit einem Durchmesser von ca. 0,2 mm, die mit einem feinen Geflecht aus Blutgefäßen überzogen sind. Die daraus resultierende, im Vergleich zum Lungenvolumen enorm große Oberfläche ist notwendig, um einen effektiven Gasaustausch zu ermöglichen.

Die Lunge selbst befindet sich im Brustkorb und wird durch zwölf Rippenpaare, das Brustbein und die Wirbelsäule geschützt. Sie besteht aus zwei Lungenflügeln mit drei Lungenlappen im rechten Lungenflügel und zwei Lungenlappen im linken Lungenflügel. Die beiden Lungenflügel sind durch den Mittelfellraum (Mediastinum) getrennt.

Die Lungenflügel sind außen mit dem Lungenfell und der Brustkorb innen mit dem Rippenfell überzogen. Zwischen ihnen befindet sich ein flüssigkeitsgefüllter Spalt: der Pleuraspalt. Dieser stellt eine flexible Verbindung zwischen der Lunge und dem Brustkorb her. Zum Bauchraum hin ist die Lunge durch einen Muskel - das Zwerchfell - begrenzt. Das Zwerchfell und die Rippenmuskeln bilden die Atemmuskulatur, die für die Atembewegungen zuständig ist.

Atmung

Nutzung des Lungenvolumens bei Ruheatmung und Belastung.

Bei der Atmung wird Luft vom Nasen-Rachen-Raum in die Alveolen der Lunge und wieder zurück transportiert. Dort findet der Gasaustausch zwischen Blut und Luft statt.

Bei der Einatmung dehnt sich der Brustkorb und das Zwerchfell durch aktive Muskelarbeit aus. Da Lungen- und Rippenfell durch die Flüssigkeit im Pleuraspalt aneinander haften, muss die Lunge dieser Bewegung folgen und es entsteht ein relativer Unterdruck. Sauerstoffreiche Luft wird dadurch über die Nase bzw. den Mund, die Luftröhre und die Bronchien in die Alveolen geleitet. Dabei wird sie erwärmt, befeuchtet und soweit möglich von Verunreinigungen befreit, die sich an den mit Schleim ausgekleideten Wandungen anheften und durch die Flimmerhärchen wieder nach außen gefördert werden. Erschlafft die Atemmuskulatur, zieht sich das elastische Lungengewebe wieder zusammen und die Luft wird passiv ausgestoßen.

In den traubenförmig angeordneten Alveolen findet der Gasaustausch zwischen Luft und Blut statt: Sauerstoff, der für die Energiegewinnung im Körper benötigt wird, wird vom Blut aufgenommen, Kohlendioxid, das ein Abfallprodukt der Zellatmung ist, wird an die Luft in den Alveolen abgegeben. Die Alveolen sind durch sehr dünne Membranen umschlossen und mit einem dichten Netz an feinsten Blutgefäßen umgeben. Über die Lungenartierien wird CO2-reiches Blut antransportiert und nach dem Gasaustausch O2-reiches Blut über die Lungenvenen abtransportiert. Der Gasaustausch dauert wegen der dünnen Membranen und fein verästelten Blutgefäße und Alveolen nur Bruchteile von Sekunden.

Das gesamte Gasvolumen der Lunge umfasst etwa 6 Liter, abhängig von Training, Körperbau und Alter. In Ruhe werden bei einem Atemzug nur etwa 0,5 Liter Luft bewegt. Das darüber und darunter liegende Volumen wird als Ein- und Ausatem-Reservevolumen bezeichnet. Voll aus- und dann wieder voll eingeatmet (Vitalkapazität) sind es etwa 4,5 Liter. Das Restvolumen (Residialvolumen) von etwa 1,5 Liter ist das Volumen der Luftröhre und der Bronchien, die nicht am Gasaustausch teilnehmen.

Gesteuert wird die Einatmung durch den vom Kohlendioxidspiegel im Blut ausgelösten Atemreiz. Im Stressfall verschiebt sich die Atmung oft in das Einatemreservevolumen, wodurch ungenügend Kohlendioxid abgeatmet wird. Dadurch verstärkt sich der Atemreiz und ein Teufelskreis entsteht (siehe Essoufflement).

Generell sollte die Atmung beim Tauchen ruhig und gleichmäßig sein. Idealerweise befindet man sich wie an Land meist im ausgeatmeten Zustand. Dies ist für unerfahrene Taucher meist schwierig bewusst umzusetzen. Mit zunehmender Erfahrung stellt sich dieser Zustand allerdings meist von alleine ein.

Lungenbarotrauma

Alle Informationen findest du im Artikel Lungenbarotrauma.

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Anatomie

Nachfolgend sind die wichtigsten Komponenten des menschlichen Atmungssystems bzgl. ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise beschrieben.

Lungenflügel

Die Lunge besteht aus zwei Lungenflügeln. Diese sind wiederum in Lungenlappen unterteilt. Der rechte Lungenflügel hat drei Lungenlappen, der linke nur zwei, da sich das Herz sich im linken Teil des Brustkorbs befindet.

In den Lungenflügeln sind die Bronchien, Alveolen und die Blutgefäße der Lunge eingebettet. Das Gewebe aus dem die Lungenflügel bestehen ist elastisch. Bei der Einatmung wird aktiv durch die Atembewegungen gedehnt und zieht sich bei der Ausatmung wieder selbst zusammen.

Die Lungenflügel sind nach außen hin mit einem Häutchen, dem sog. Lungenfell überzogen. Es bildet die Begrenzung zum Pleuraspalt.

Pleuraspalt

Der Pleuraspalt ist ein dünner, flüssigkeitsgefüllter Bereich zwischen dem Lungenfell und dem an den Brustkorb angrenzenden Rippenfell. Im Pleuraspalt herrscht ein leichter Unterdruck, wodurch die Lunge bei der Atmung der Bewegung des Brustkorbes folgen muss, ohne dass es eine starre Verbindung zwischen Lunge und Brustkorb gibt.

Mediastinum

Das Mediastinum ist ist der Bereich zwischen beiden Lungenflügeln. In diesem Zwischenbereich befindet sich das Herz, die großen Blutgefäße und sowohl Luft- als auch Speiseröhre.

Bronchien

Bronchienast mit Alveolen und Blutgefäßen (rot: O2-reich, blau: CO2-reich).

Die Bronchien schließen direkt an die Luftröhre an und verteilen die Atemluft auf beide Lungenflügel. In den Lungenflügeln verästeln sie sich immer weiter. Sie münden in den traubenförmig angeordneten Alveolen.

Die Bronchien sind innen mit Schleimhäuten und feinen Flimmerhärchen überzogen, um die Atemluft anzufeuchten und zu reinigen. Verunreinigungen sollen an den Schleimhäuten anhaften und durch die Flimmerhärchen wieder nach draußen transportiert werden.

Alveolen

Die Alveolen sind kleine Bläschen im Lungengewebe mit etwa 0,2 mm Durchmesser an denen die Bronchien enden. Sie sind von einem feinen Netz aus Blutgefäßen – den Lungenkapillaren – überzogen.

Da die Wände der Alveolen sehr dünn sind, wird CO2 aus dem Blut an die Atemluft abgegeben und Sauerstoff aus der Luft aufgenommen. Der Gasaustausch dauert deshalb auch nur Bruchteile von Sekunden.

Ein erwachsener Mensch besitzt etwa 300 Millionen Alveolen. Somit steht für den Gasaustausch im Vergleich zum Lungenvolumen eine sehr große Oberfläche von etwa 100 m2 zur Verfügung.