Atmungssystem: Luft zum Leben

Januar 2008 | Medizin & Trends

So funktioniert unsere Atmung
 
Vom ersten bis zum letzten Atemzug: Alle Vorgänge im Körper benötigen Energie. Und um diese Energie zu gewinnen, brauchen wir Sauerstoff – die sprichwörtliche Luft zum Leben! Lesen Sie, was beim Atmungsvorgang in unserem Organismus passiert.
 
Von Dr. Marcus Franz & Dr. Karin Gruber

Der Atem war immer schon etwas Besonders und wird seit jeher in enge Verbindung mit der Seele gebracht, die man sich als „luftiges“ Gebilde vorstellt. Bei den alten Griechen stand das Wort „Pneuma“ sowohl für den Atem als auch für die Seele. Lateinisch bezeichnet man das Ein- und Ausatmen als In- und Exspiration, der Geist heißt übersetzt Spiritus. Davon leitet sich die Spiritualität ab. Der Atem, der Odem oder das „Om“ der Buddhisten sind eng verwandte Begriffe, auch der englische „Spirit“ oder der französische „Esprit“. Man spricht vom „Leben einhauchen“ oder „Leben aushauchen“.

Naturwissenschaftlich bezeichnen wir mit dem Begriff Atmung grundsätzlich den über die Lungen funktionierenden Austausch der beiden Gase Sauerstoff (O2) und Kohlendioxid (CO2). Sauerstoff wird aus der Einatemluft aufgenommen, das aus dem Stoffwechsel entstehende Kohlendioxid wird über die Ausatemluft abgegeben. Der eigentliche Gasaustausch erfolgt über chemisch-physikalische Mechanismen in den Lungenbläschen und ist nicht willentlich beeinflussbar. Die Atemarbeit selbst, also das Ein- und Ausatmen, können wir aber sehr wohl steuern.

Die Regulierung der Atmung erfolgt sowohl willkürlich wie auch unwillkürlich. Sensoren in den großen Arterien melden dem Atemzentrum im Stammhirn ständig die aktuellen Messwerte von Sauerstoff und Kohlendioxid. Ein Zuwenig an Sauerstoff wird vom autonomen Nervensystem umgehend mit einer Erhöhung der Atemfrequenz beantwortet. Die willkürliche Steuerung der Atmung brauchen wir vor allem für das Sprechen, denn die Stimme benötigt eine exakt dosierte Luftzufuhr aus den Lungen heraus. Auch für andere Zwecke wie das Schnäuzen, das Aufblasen von Luftmatratzen, das Ausblasen von Geburtstagskerzen oder das Trompetespielen ist es günstig, dass wir die Atmung beeinflussen können.

Wozu wir Sauerstoff brauchen
Der Stoffwechsel des Menschen würde ohne Sauerstoff nicht funktionieren. Jeder Prozess zur Energiegewinnung benötigt grundsätzlich Sauerstoff. Die „Energielieferanten“ Kohlenhydrate und Fett werden letztlich mit Sauerstoff verbunden, also oxidiert. Dabei wird Energie frei und auf andere, körpereigene Substanzen übertragen. Es entstehen die körpereigenen, vielfach einsetzbaren „Energiewährungen“, also Energieträger, von denen das Adenosintriphosphat (ATP) die wichtigste ist. Diese Energieträger erst stellen die mit der Nahrung aufgenommene Energie in einer solchen chemischen Form zur Verfügung, dass sie für den Aufbau von Körpermolekülen, für Steuerungsprozesse, für die Muskelarbeit – schlichtweg für alles, was im Körper passiert – genutzt werden kann.

Ausnahmen bilden die so genannten anaeroben Prozesse, bei denen Energie ohne Sauerstoff gewonnen wird. Dies ist zum Beispiel der Fall bei sehr starken Muskelanstrengungen.
Solche Belastungen können aber nur kurz, maximal einige Minuten, durchgehalten werden. Die anaerobe Energiegewinnung im menschlichen Organismus ist lediglich als Reservesystem für Notfälle zu sehen. So richtig wohl ohne Sauerstoff fühlen sich nur einige Bakterien, die Anaerobier. Durch körperliches Training kann der Punkt, an dem der Körper auf anaerobe Energiegewinnung umschaltet (anaerobe Schwelle) verschoben werden, was einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit entspricht. Dementsprechend ist die anaerobe Schwelle ein fixer Bestandteil im Wortschatz von Leistungssportlern und Sportmedizinern.
Die größten Sauerstoff-Verbraucher im Körper sind Gehirn, Herz, Nieren und Muskulatur. Wenn länger kein Sauerstoff zugeführt wird, kommt es zuerst in diesen Körperregionen zu Schädigungen.

Eine Wohltat: Die Bauchatmung
Neben der Nasenatmung zählt die nahezu ausschließlich mit dem Zwerchfell bewerkstelligte Bauchatmung zu den „gesunden“ Formen der Atmung. In einigen Kulturen, vor allem in Asien, stellt die Bauchatmung seit Jahrtausenden eine wichtige Übung bei meditativen Prozessen dar. Dahinter steckt aber mehr als Tradition. Es wird dabei nämlich der Nervus vagus aktiviert, der über eine Anregung des Parasympathikus den Herzschlag verlangsamt und überschießende Sympathikusaktivitäten dämpft. Und das bedeutet: Entspannung pur!

Die Atemwege
Die Atemwege stellt man sich am besten wie einen umgekehrten Baum vor, der sich immer stärker verästelt. Unser Atmungsapparat wird gebildet aus Mund, Nase und Nebenhöhlen, Rachen, Kehlkopf, Luftröhre, Hauptbronchien, Bronchien, Bronchiolen, Lungenbläschen. In den Lungenbläschen, auch Alveolen genannt, die traubenartig am Ende der Bronchien hängen, findet der eigentliche Atmungsvorgang statt.

Es beginnt im Mund bzw. in der Nase, wo die Atemluft befeuchtet wird. Am besten funktioniert das allerdings in Nase und Nebenhöhlen, die Nasenatmung gilt daher als die„gesündeste“ Atemform. Zusätzlich wird die Luft in der Nase automatisch durch die Riechzellen geprüft, die Härchen der Nasenschleimhaut bilden einen Schutz gegen kleinere Fremdkörper.

Was wir als „gute Luft“ empfinden, ist nicht nur frei von unangenehmen Gerüchen und Schadstoffen, sondern enthält auch ausreichend Wasserdampf. Trockene Luft mögen wir gar nicht. Das hat einen tieferen Sinn: Zu trockene Luft saugt förmlich Flüssigkeit aus dem Körper. Die Schleimhäute können ihre Schutzfunktion nicht ausreichend erfüllen, die Infektanfälligkeit steigt. Die vergleichsweise zu trockene Luft in klimatisierten Räumen trägt daher einiges dazu bei, dass man sich darin relativ leicht verkühlt.

Nach Mund bzw. Nase passiert die Luft den Rachen, wo die Mandeln als Filiale der „Körperpolizei“ ihre Schutzfunktion ausüben und Keime aus der Atemluft abfangen und bekämpfen können. Danach gelangt die Luft in den Kehlkopf und von dort in Richtung Luftröhre. Die Luftröhre dient nicht nur dem Transport, sie ist auch mit einer speziellen Schleimhaut ausgekleidet, dem Flimmerepithel. Dieses von Milliarden mikroskopischen Härchen besetzte Epithel befördert ununterbrochen Schadstoffe Richtung Mund, die falls nötig ausgehustet werden. Bei Rauchern wird dieses Epithel durch den inhalierten Rauch gelähmt – eine der vielen schädlichen Wirkungen des Rauchens. Denn das bewirkt, dass schädliche Stoffe viel weniger gut nach außen transportiert werden können.
Dann wird die Luft über die ebenfalls von Flimmerepithel ausgekleideten beiden Hauptbronchien in die Bronchien und Bronchiolen verteilt, von wo sie schließlich in die Lungenbläschen (Alveolen) gelangt, die wie Trauben am Ende der Bronchien hängen. In den Alveolen findet das zentrale Ereignis der Atmung statt: der Gasaustausch.

Wir besitzen in etwa 350 Millionen Alveolen, die miteinander die so genannte Atmungsoberfläche von 60 bis 90 Quadratmetern bilden. Das sauerstoffarme Blut aus dem Herzen gelangt über die Lungenarterien zu den Alveolen. Diese Arterien verzweigen sich so fein, dass sie jedes einzelne Lungenbläschen erreichen. Insgesamt finden sich in den Alveolen an die 13 Kilometer Blutgefäße in Form von Kapillaren. Über diese – einzeln betrachtet – nur Mikrometer kleinen, in ihrer Gesamtheit aber doch so gigantischen Strukturen wird der Gasaustausch durchgeführt, also Kohlendioxid abgegeben und Sauerstoff aufgenommen. Als Träger des Sauerstoffs fungiert das Hämoglobin, der rote Blutfarbstoff. Das sauerstoffreiche Blut sammelt sich in der Lungenvene und fließt zurück zum Herzen, von wo es über die Aorta in den Körperkreislauf verteilt wird.

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Seufz, hust, hicks:
Was ist hier los?

Seufzen: Das gelegentliche unwillkürliche Seufzen ist notwendig, um minderbelüftete Lungenabschnitte zu durchlüften. Im Alltag verwenden wir nämlich nur einen Teil unserer Lungenkapazität. Wenn Lungenareale aber länger keinen Sauerstoff bekommen, können sich dort Keime ansiedeln. Seufzen ist also gesund!

Husten: Husten müssen wir entweder, weil unsere Luftwege entzündet sind und dort übermäßig viel Sekret produziert wird. Das muss irgendwann heraus. Oder wir müssen husten, weil ein Fremdkörper unsere Luftwege erreicht hat. Der Mechanismus ist immer gleich: Die Atemmuskulatur kontrahiert schlagartig, der Kehldeckel wird kurz geschlossen, um den Druck in den Luftwegen massiv zu erhöhen. Danach können Fremdkörper oder Sekret mit großer Geschwindigkeit ins Freie befördert werden.

Schluckauf: Dabei handelt es sich um eine (Fehl-) Funktion der Atmung, die mit kleinen Störungen der beteiligten Nervenleitungen zu tun haben dürften. Durch eine unwillkürliche, plötzliche Kontraktion des Zwerchfells schließt sich die Stimmritze ruckartig. Luft wird angesaugt und verursacht das typische „Hicks“-Geräusch. Üblicherweise ist das völlig harmlos.

Seitenstechen: Der innere Schweinehund ist besiegt, stolz startet man zum ersten Dauerlauf seit Jahren. Der wird nach zehn Minuten aber abrupt unterbrochen, weil einem jemand ein Messer in die Seite gerammt hat. So fühlt es sich zumindest an, das Seitenstechen. Verursacht wird es wahrscheinlich durch mechanische Reizungen des Bindegewebes im Bauchraum oder Probleme mit der Durchblutung. Ein kleiner Trost: Es passiert auch Marathonläufern hin und wieder.

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MERK-WÜRDIGES zum Verschnaufen

  • Der rechte Lungenflügel ist größer als der linke, weil auf der linken Seite das Herz seinen Platz braucht.
  • Im Schnitt atmet man sechs bis acht Liter Luft pro Minute ein und aus, beim Schlafen sind es rund fünf Liter, an einem Tag 10.000 Liter Luft.
  • Das maximale Atemvolumen pro Minute liegt bei einem Untrainierten bei 100 Liter pro Minute, ein gut trainierter Ausdauersportler bringt es auf 200 Liter.
  • Die Höhenkrankheit mit den ersten Anzeichen heftigste Kopfschmerzen und Übelkeit ist Ausdruck akuten Sauerstoffmangels. In 5000 Meter ist der relative Sauerstoffgehalt der Luft nur halb so groß wie auf Seehöhe, bei 7000 Meter beginnt die „Todeszone“. Ein Aufenthalt ist nur nach ausreichender Gewöhnung gefahrlos möglich. Durch den leichten Sauerstoffmangel in mittleren Höhen vermehren sich nämlich die roten Blutkörperchen und dadurch wird die Aufnahmefähigkeit für Sauerstoff wesentlich erhöht.
  • Die Atemluft ist ein Gemisch verschiedener Gase, wobei der größte Anteil, nämlich 78 Prozent, auf Stickstoff entfällt.

 

BUCHTIPP
Franz, Gruber: Wunderwelt. Eine Geschichte des menschlichen Körpers,
152 Seiten, zahlreiche Farbabbildungen, ISBN 978-3-902552-13-6,           
€ 19,90, Verlagshaus der Ärzte

 

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