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Nasenhöhle
Bei normaler Atmung durch die Nase angesaugt, strömt gereinigte und vorgewärmte Luft in die Luftröhre. Hier wird sie zuerst durch Haare grob gefiltert. Feinere Staubteile und Bakterien bleiben an den feuchten Schleimhäuten der beiden Nasenhöhlen hängen. Ohne die Reinigung der Atemluft käme zuviel Staub und Emissionen in unseren Atemapparat. Wenn wir zum Beispiel die Nase putzen, wird der abgefilterte Staub zusammen mit dem Schleim der Nasenschleimhäute entfernt. Die linke und die rechte Nasenhöhle, welche durch eine Scheidewand getrennt sind, enthalten je drei übereinanderliegende Muscheln. An dieser grossen und gut durchbluteten Oberfläche erwärmt sich die eingeatmete Luft wie an einer Zentralheizung. Hier wird sie durch die Schleimhäute, die ständig Wasser abgeben, auch befeuchtet. In der obersten Muschel sitzt der Geruchssinn, der die eingeatmete Luft prüft. Alle diese Vorteile gehen bei der Mundbeatmung verloren.
Schleimhäute
Die Schleimhäute enthalten neben den flimmerhaartragenden Zylinderepitelien Becherzellen die Schleim produzieren. Die von den Schleimhäuten produzierte Substanz darf nicht zu zäh, aber auch nicht zu flüssig sein. Wie im Film zu sehen legt sich dieser Schleim wie ein Film über die Haut und die Flimmerhaare der Atemwege. Der Schleim dient der Filterung und gleichzeitig der Absorption von Feinstaub.
Der Schleim wird mit den darin gelösten Feinpartikeln kontinuierlich in Richtung Kehlkopf befördert. Auch schädliche Gase aus der Umwelt wie zum Beispiel Ozon werden im Schleim gelöst und damit teilweise neutralisiert. Diese wichtige Funktion wird in diesem kurzen Film deutlich.
Der Kehlkopf
Der Kehlkopf ist der Eingang zur Luftröhre. Er setzt sich aus verschiedenen Knorpeln zusammen. Dabei bilden Schild- und Ringknorpel seine Wände. Durch Muskelzug kann im Inneren der Stellknorpel gedreht werden. Dadurch spannen oder lockern sich zwei Hautfalten, unsere beiden Stimmbänder. Die durch die Stimmritze strömende Luft kann die Stimmbänder in Schwingung bringen. Diese überträgt sich auf die Luft im Kehlkopf, im Rachen und in der Mundhöhle. So entsteht unsere Stimme. Dies wurde zum entscheidenden Vehikel zur Sprachentwicklung. Aus der Sprache entstand wiederum die Schrift als Grundlage unserer gesamten Kultur. Auch hier sehen wir, in welchem Masse das Atmen unser Leben bestimmt.
Luftröhre
Die Luftröhre ist der Gang, welcher vom Kehlkopf zu den Bronchien führt. Sie ist 10 bis 12 cm lang (kann auch 15 cm betragen) und ist mit einem an Schleimdrüsen reichen Epithel überzogen, wie weiter unten erläutert wird. Die Luftröhre ist von der Nase bis in die Bronchien mit Schleimhaut ausgekleidet. Dieses Organ ermöglicht eine weitgehende Selbstreinigung der Atemwege. Hier in den oberen Bronchien wird der Grobstaub, grösser als 10 Mikrometer herausgefiltert, wie hier unten im Film zu sehen ist.
Die Bronchien sind mehrschichtig aufgebaut. Die äusseren Knorpelspangen geben den grossen Atemwegen, wie zum Beispiel der Luftröhre die nötige Stabilität. Sie wird bei ihrer Länge von ca. 12 cm von ungefähr 20 hufeisenförmigen Knorpelspangen offengehalten.
Die Luftröhre ist auf der Innenseite mit einer feinen Schleimhaut ausgekleidet. Die Schleimhautzellen tragen feinste Flimmerhärchen und schlagen ständig in Richtung Rachen, vergleichbar mit einem Kornfeld im Wind. Dadurch befördern sie zusammen mit abgesondertem Schleim kleine Verunreinigungen nach aussen. Denn Staub, welcher bis in die Lungenbläschen eingedrungen ist, bleibt in der Lunge liegen und kann diese schädigen.
Lungenflügel
Links und rechts in der Brusthöhle befinden sich gut geschützt die beiden Lungenflügel und werden durch das Herz und die Organe des Mittelfellraumes voneinander getrennt. Die Lungen sind weiche, schwammige, dehnungsfähige Gebilde und haben die Form eines Kegels.
Die Aussenseite trifft auf die Brustwand, die Innenseite auf das Mittelfell, die Basis ruht auf dem Zwerchfell und der Scheitel liegt in Höhe der ersten Rippe. Durch Einschnitte werden die Lungen in die Lungenlappen unterteilt. Der linke Lungenflügel ist durch einen, der rechte Lungenflügel durch zwei tief eingreifende Einschnitte unterteilt.
Die Lungen sind etwa 26cm hoch und haben einen Durchmesser von 15 cm. Ihr Volumen beträgt 1600 cm3, wobei die rechte Lunge grösser ist als die linke.
Jeder Lungenflügel ist nach aussen durch einen doppelwandigen Sack luftdicht abgeschlossen. Das Lungenfell umgibt die Lungenflügel und das Rippenfell kleidet die Innenwand des Brustkorbes aus. Lungen- und Rippenfell zusammen werden als Brustfell, bzw. auch als Brustfellbeutel (Pleura) bezeichnet.
Zwischen dem inneren Lungenfell und dem äusseren Rippenfell liegt der Pleuraspalt, ein spaltförmiger luftleerer Raum der eine wässerige Flüssigkeit enthält. Durch den Unterdruck (Vakuum) wird die Entfaltung der Lungen sichergestellt. So können sich diese beiden Häute wie zwei nasse Glasplatten gegeneinander verschieben, ohne sich voneinander zu entfernen. Dies erleichtert bei der Atmung das fast reibungslose Gleiten der Lungenflügel über die Wände der Brusthöhle.
Ein Eindringen von Luft in den Pleuraspalt hätte gefährliche Konsequenzen, da der Unterdruck aufgehoben wird und die Lunge aufgrund ihrer Eigenelastizität kollabieren könnte.
Kurzfilm über die Lungenflügel
Bronchie
Die Luftröhre teilt sich in zwei Äste, die beiden Stammbronchien, von denen jede durch die Lungenwurzel in einen Lungenflügel führt. Insgesamt teilt sich ein Bronchus auf der Höhe des 4. Brustwirbels ab der Luftröhre 22 mal bis die Lungenbläschen, die sogenannten Alveolen erreicht sind. Die Bronchien werden ähnlich wie das das Wurzelwerk eines Baumes nach jeder Teilung dünner und weisen vor den Alveolen nur noch Haardicke auf, wie es in diesem Film veranschaulicht wird.
Bronchiole
In der Lunge verzweigen sich die Bronchien in ein immer feiner werdendes Röhrensystem. Diese feineren Bronchien nennt man Bronchiolen. Sie enden ihn den Lungenbläschen. Bronchiolen haben nur noch ca. 1 mm Durchmesser, die Knorpelverstärkungen fehlen ganz, sie bestehen nur noch aus Muskelfasern.
Probleme in den Bronchiolen haben für die Atmung negative Folgen. So kann eine gestörte Atmung aufgrund verengter (obstruktiver) Atemwege auftreten. Diese krankhaften Verengungen (Obstruktionen) enstehen beim Asthma bronchiale durch Schwellungen und Fältelung der Schleimhäute, durch einen Ringmuskelkrapf (umgibt die Bronchien) oder durch eine vermehrt angeregte Schleimhautproduktion als Folge allergischer Vorgänge, welche z.B. durch Pollen und Tierhaare ausgelöst werden können.
Kurzfilm über die Bronchiolen
Lungenbläschen
Die Lunge gleicht einem Baum. Der Stamm, die Luftröhre verzweigt sich in die Äste, die Luftleiter, Bronchien genannt. Die feineren Zweige entsprechen den Bronchiolen. An denen wiederum die blattartigen Fortsetzungen, die Lungenbläschen hängen in denen der Luftaustausch stattfindet, wie man in diesem kurzen Film erkennen kann. Beide Lungen zusammen enthalten ungefähr 300 Millionen solcher Bläschen von ca. 0.2 Millimeter Durchmesser mit einer gesamten Oberfläche von etwa 100 Quadratmetern, gut 50 mal so viel wie die gesamte Hautoberfläche.
Die Lungenbläschen sind von einem Netz von feinen Blutgefässen umgeben, dem Kapillarnetz. Durch ihre äusserst zarte Haut wandert der Sauerstoff aus der Atemluft ins Blut und in umgekehrter Richtung das Kohlendioxid vom Blut in die Luft der Lungenbläschen. Dieser Vorgang heisst Atmung.
Atmung
Einatmen
Mit Atembewegungen füllen wir die Lunge mit Luft und stossen diese wieder aus. Auf diese Weise wird das produzierte Kohlendioxid ausgeatmet und neuer Sauerstoff wieder eingeatmet.
Beim Einatmen ziehen sich die äusseren Zwischenrippenmuskeln zusammen und heben die Rippen. Dabei spannt sich gleichzeitig die Muskulatur des Zwerchfells. Diese beiden Bewegungen vergrössern den Brustraum. Das Rippenfell, welches die äussere Wand des doppelhäutigen Sackes bildet, macht die Rippenbewegungen mit, weil es mit den Rippen verwachsen ist. Da der Spaltraum (Pleura) zwischen Rippen- und Lungenfell luftdicht abgeschlossen ist, wird das Lungenfell nachgesogen. Dadurch wird die Lunge passiv gedehnt. Der Raum in den Lungenbläschen vergrössert sich und die Luft strömt durch Luftröhre und Bronchien ein.
Das Bemerkenswerte am gesamten Atmungsvorgang ist, dass die Lunge selbst überhaupt keine Muskulatur hat. Mit Unterstützung von "Helfern", nämlich durch fremde Muskeln erhält sie eine sogenannte molekulare Atemhilfe.
Ausatmen
Bei der Ausatmung erschlaffen äussere Zwischenrippen- und Zwerchfellmuskeln. Der Brustkorb senkt sich, und das Zwerchfell wölbt sich wieder nach oben. Wenn sich der Brustraum verkleinert, wird die Luft aus der Lunge hinausgepresst. Nach dieser ersten Stufe der Ausatmung können die inneren Zwischenrippenmuskeln und die Bauchmuskulatur die Rippen noch weiter nach unten ziehen und das Zwerchfell stärker aufwölben. Dadurch wird noch mehr Luft ausgeatmet.Im Prinzip geschieht das Ausatmen von alleine, wegen den Rückstellkräften im angespannten Gewebe.
Gasaustausch
Wie in diesem kurzen Film ersichtlich, kommt von der rechten Herzkammer das sauerstoffarme und kohlensäurereiche Blut zu den Kapillaren und wird in den Lungenbläschen gegen sauerstoffreiches Blut ausgetauscht. Dieses gelangt nun über die linke Herzkammer in den Körper. Aus dem dunkelroten venösen Blut, das aus dem Körper strömt, wurde Kohlendioxid an die eingeatmete Luft abgegeben. Gleichzeitig wurde Sauerstoff aus der inhalierten Luft an das nun hellrot werdende arterielle Blut geliefert. Das strömt von den Lungen aus ins Herz und wird von ihm in den Körperkreislauf gepumpt.
Zahlen zur Lungenfunktion
Benötigte Luftmenge pro Stunde in Liter
Die Tiefe und Zahl der Atemzüge pro Minute richtet sich nach dem jeweiligen Sauerstoffbedarf des Körpers. Anstrengende Tätigkeiten erfordern eine grössere Menge Sauerstoff, denn die Muskelzellen können ohne Zufuhr von frischem Sauerstoff nicht arbeiten. Die benötigte Luftmenge kann daher stark variieren. So benötigen wir zum Beispiel lediglich ca. 4.7 Liter Luft pro Minute, wenn wir schlafen. Aber wir brauchen etwa 12 mal mehr beim schnellen Laufen, nämlich ca. 60 Liter Luft pro Minute.
|Schlafen||280|
|Liegen||400|
|Stehen||450|
|Gehen||1000|
|Radfahren||1400|
|Schwimmen||2600|
|Bergsteigen||3100|
|Rudern||3600|
Atemrhythmus
|Neugeborenes||40 Atemzüge pro Minute|
|15- bis 20 jährige||20 Atemzüge pro Minute|
|30 jährige||16 Atemzüge pro Minute|
Zusammensetzung der Atemluft
Unsere Lunge inhaliert durchschnittlich 300 Millionen Liter Luft in unserem Leben. Pro Tag veratmen wir im Schnitt 12'000 Liter Luft, welche aus genau 20.93 Prozent Sauerstoff, 78.10 Prozent Stickstoff und 0.03 Prozent Kohlendioxid und einer Reihe weiterer Gase (Edelgase) besteht. Das bedeutet, dass wir täglich 2'500 Liter Sauerstoff einsaugen.
Die eingeatmete Luft enthält knapp 21 Prozent Sauerstoff. Die ausgeatmete Luft enthält lediglich noch 17% Sauerstoff. Dafür ist der Kohlendioxidgehalt von 0.03 Prozent auf 4 Prozent angestiegen. Der Grund dafür liegt darin, dass der Körper in den Muskeln Sauerstoff verbrennt und Kohlendioxid als Abfallprodukt erhält. Für die Verteilung des aufgenommen Sauerstoffes ist Aufgabe des Blutes. Der Sauerstofftransfer geschieht in den Alveolen, den sogenannten Lungenbläschen.
Lungenkapazität
Bei normaler Atmung werden pro Atemzug etwa 0.5 Liter Luft ein- und wieder ausgeatmet. Holt man besonders tief Luft und atmet dann maximal aus, so kann sich diese Luftmenge auf etwa 2 Liter erhöhen (Ergänzungsluft). Dieses maximale Atemvolumen nennt man die Vitalkapazität der Lunge. Auch bei maximaler Ausatmung bleibt noch ein Rest von 1 bis 1.5 Liter Luft in der Lunge übrig. Zählt man diesen Wert zur Vitalkapazität hinzu, so erhält man die Totalkapazität, welche ca. 3.5 bis 4 Liter beträgt.