Atmen ohne Not: Wie "es uns atmet"
Ein, aus, ein...der Atemrhythmus funktioniert unbewusst und lässt sich bewusst beeinflussen
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Sauerstofflieferant Lunge, Transportsystem Herz-Kreislauf
Die Lungen liefern uns beim Atmen den lebensnotwendigen Sauerstoff. Er ist der Brennstoff bei der "Zellatmung" – also im Energie- und Baustoffwechsel des Körpers. Das dabei anfallende Kohlendioxid wird abgeatmet. Zwischen Ein- und Ausatmung sind die Gase im Blut gebunden ("Blutgase") und kreisen auf den Blutbahnen im Körper.
Das Lungengewebe enthält schätzungsweise 300 Millionen Lungenbläschen (Alveolen), umgeben von einem Netz haarfeiner Gefäße (Kapillaren). Der eingeatmete Sauerstoff gelangt aus den Lungenbläschen in die Kapillaren und weiter in die Lungenvenen. Sie leiten das mit Sauerstoff angereicherte Blut in die linke Herzhälfte. Von dort aus erreicht es über die Schlagadern die Körperorgane und deren Zellen, die den Sauerstoff verwerten.
Das heißt, im Lungenkreislauf transportieren ausnahmsweise Venen sauerstoffreiches Blut – nämlich von den Lungen zurück zum Herz. Die nachfolgende Bildergalerie fasst die Abläufe nochmals zusammen.
Atmung: Gasaustausch in der Lunge
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Atmen ist lebensnotwendig. Die Arbeit des Herz-Kreislaufsystems auch. Es transportiert unter anderem Sauerstoff und Kohlendioxid in den Blutgefäßen durch den Körper und in einem eigenen Kreislauf durch die Lungen.
Die luftgefüllten Lungenbläschen sind von einem Netz haarfeiner Blutgefäße (Kapillaren) umsponnen. Hier, an der entscheidenden "Schnittstelle" von Atemluft und Blut, vollzieht sich der Austausch der Blutgase: Sauerstoff aus der Atemluft gegen Kohlendioxid aus dem Stoffwechsel der Zellen (siehe auch Bilder 2 und 3).
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Mehrere beerenförmig angeordnete Lungenbläschen (Alveolen) gehören zu je einem Endast eines kleinen Bronchus (Atembronchiole). Dabei geht die Atembronchiole über einen kleinen Gang in die Lungenbläschen über, die kleine Ausstülpungen bilden. Die feinporigen Trennwände zwischen den Alveolen sind hier nur andeutungsweise zu sehen.
Noch zur Erklärung: Die rechte Herzkammer schickt das Blut zur Sauerstoffaufnahme in die Lungengefäße. Im Kapillarnetz der Lungenbläschen wird es mit Sauerstoff "aufgefrischt". Venen leiten das Blut zum Herz zurück. Die linke Herzkammer befördert es in den Körper, wo die Zellen den Sauerstoff verwenden.
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Die Wände der Lungenbläschen und Kapillaren sind hauchdünn. Sie schmiegen sich eng aneinander und sind für die Blutgase durchlässig. Im Austausch gegen Sauerstoff aus der Atemluft wandert Kohlendioxid, das Endprodukt des Zellstoffwechsels, aus dem Kapillarblut in den Luftraum der Lungenbläschen. Anschließend wird es abgeatmet.
Unentbehrliche Atempumpe: Atemmuskeln, Brustfell, Brustkorb
In einer ruhigen Minute holen wir 15- bis 20-mal rund einen halben Liter Luft. Maßgeblich bewirken das außer den Lungen die Atemmuskeln, allen voran das Zwerchfell. Es liegt zwischen Brust- und Bauchraum. Wenn es sich zusammenzieht, entsteht ein Unterdruck, der die Luft über die Atemwege in die Lungen saugt. Die Atemmuskeln zwischen den Rippen und zahlreiche Atemhilfsmuskeln unterstützen die "Atempumpe" oder Ventilation.
Die Lungen sind von zwei dünnen Häuten, dem Lungenfell und dem Rippenfell, umgeben. Die Doppelhülle heißt Brustfell oder Pleura. Im flüssigkeitsgefüllten Spalt dazwischen herrscht ein Unterdruck. Dadurch folgt die Lunge den Bewegungen des Brustkorbs, dem das Fell innen anliegt. Bei der Einatmung dehnt der Unterdruck sich aus, ebenso die Lunge.
Die Ausatmung erfolgt in Ruhe passiv: Brustkorb und Lungen geben nach, die Luft entweicht durch die offene Stimmritze im Kehlkopf. Bei erhöhtem Atmungsbedarf oder beim Husten helfen Bauchmuskeln nach, um den Druck zu erhöhen und das Zwerchfell nach oben zu wölben.
Messfühler und Reflexe für die Atmung
Neben dem Antrieb bedarf es auch zuverlässiger Regler. In der Tat verfügt der Körper über eine ganze Staffel von Sensoren, die laufend den Druck (Partialdruck) von gelöstem Sauerstoff und Kohlendioxid sowie den pH-Wert im arteriellen Blut erfassen, also chemische Werte. Die Daten dieser Chemorezeptoren werden im Atemzentrum im Hirnstamm ausgewertet, wo wiederum chemosensible Strukturen aktiv sind. Sie kontrollieren die Einhaltung der Sollwerte. Das Atemzentrum regt die Atemmuskulatur an.
Gleichzeitig empfängt es Signale übergeordneter Zentren im Gehirn. Außerdem verfügen die Atemwege über blitzschnell reagierende Eigenschutzmechanismen – sehr wichtig hier: der Hustenreflex – und viele weitere Reflexe, die das Atemzentrum aktivieren.
Datendifferenzen zwischen den einzelnen Ebenen können Fehlermeldungen auslösen. Wir atmen dann zum Beispiel stärker, um dem Gefühl von "Luftmangel" zu begegnen. Signale weiterer Rezeptoren, sogenannter Muskel- und Dehnungsrezeptoren, schlagen bei erschwerter Atemarbeit (Gefühl der "Brustenge") Alarm, beispielsweise bei Asthma.
Das Atemzentrum ist eine Nervenzellregion im Hirnstamm
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Impulsgeber Gehirn
Das Atemzentrum im Hirnstamm regelt die Atmung grundsätzlich automatisch – weder müssen wir daran denken noch können wir es über eine bestimmte Dauer hinaus (Stichwort: Apnoetauchen...) unterdrücken. Der rhythmische Atemantrieb funktioniert natürlich auch im Schlaf – normale Verhältnisse vorausgesetzt.
Das Gehirn gibt der Atmung also unentwegt Impulse. Natürlich auch bewusste. Zum Beispiel beim Entschluss, genau jetzt, in diesem Augenblick beim Lesen innezuhalten und ganz bewusst einmal tief durchzuatmen!
Wie stark Emotionen und Atmung sich wechselseitig beeinflussen, das weiß jeder, man denke nur an "atemberaubende" Gefühlseindrücke oder aber eine Schrecksekunde, in der uns die Luft wegbleibt. Eine gesteigerte Atmung oder die Wahrnehmung von Atemnot können mitunter psychisch bedingt sein. Mehr dazu unter "Atemnot – Ursachen: Hyperventilationssyndroma" in diesem Beitrag.
Wie körperliche Veränderungen die Atmung beeinflussen
Bei Blutarmut, Fieber, unter dem Einfluss erhöhter Schilddrüsenhormonspiegel oder in der frühen Schwangerschaft durch die hormonelle Umstellung kann das Atemzentrum zum Beispiel das Signal "erhöhter Sauerstoffbedarf" erhalten und in Abstimmung mit anderen Gehirnzentren darauf reagieren.
Atemfrequenz und Atemtiefe nehmen zu (Hyperventilation). In den letzten Wochen vor der Geburt braucht das Ungeborene viel Platz im Bauch und erschwert der Schwangeren so allerdings das Atmen mechanisch. Dann kann sie ihre Sauerstoffreserven nicht mehr so gut ausschöpfen und kommt besonders bei körperlicher Anstrengung leicht außer Atem.
