Anatomie und Physiologie der Atmung

Atmen ist für uns die normalste Sache der Welt. Wir denken kaum darüber nach, obwohl wir rund 20 000 Mal am Tag ein- und ausatmen. Ist der Mensch aktiv und strengt sich an, atmet er mehr, in Ruhephasen weniger.

Mit der Einatmung wird Sauerstoff aufgenommen und in jede noch so kleine Zelle im Körper abgegeben. In den Zellen geschieht eine Art Verbrennung. Dabei entsteht Kohlendioxyd, das mit der Ausatmung aus dem Körper heraustransportiert wird.

Die Atemwege

Die Luft strömt über Mund und Nase ein und wird durch Rachen und Kehlkopf weitergeleitet. Diese luftleitenden Atmungsorgane sind mit einer Schleimhaut und mit kleinsten Härchen, dem Flimmerepithel, ausgekleidet. Hier wird die Atemluft von Staub gereinigt, erwärmt und angefeuchtet. Man spricht auch von den oberen Atemwegen.

Die unteren Atemwege sind eine Art Röhrensystem, das man sich als einen auf den Kopf gestellten Baum vorstellen kann. Sie beginnen mit der Luftröhre, auch Trachea genannt. Diese teilt sich auf Höhe des 4. Brustwirbels in einen linken und einen rechten Bronchialast. Anschliessend teilen sich die Atemwege in beiden Lungenflügeln noch weitere 22 Mal und werden dabei immer kleiner. Sie enden schliesslich in den kleinsten Lungenbläschen (Alveolen), die aus einer sehr dünnen Membran bestehen; aneinandergelegt würde die Oberfläche aller Alveolen 70 – 100 m2 ergeben. In ihnen findet der Sauerstoffaustausch statt: Sauerstoff wird in den Blutkreislauf abgegeben und das beim Stoffwechsel entstandene Kohlendioxyd wird in die Alveolen aufgenommen.

Wie funktioniert unsere Atmung?

Bei der Einatmung senkt sich das Zwerchfell, gleichzeitig heben sich die Rippen. In dem entstandenen Zwischenraum herrscht ein Unterdruck, sodass die Lungen auseinandergezogen werden – Luft strömt ein.

Diese für die Einatmung notwendige Druckdifferenz kann die Lunge selber nicht herstellen, da sie keine Muskulatur hat. Erforderlich zum Einatmen sind daher das Zwerchfell als Hauptatemmuskel sowie die Atemhilfsmuskulatur (z. B. äussere Zwischenrippen-(Interkostal-)Muskeln und Bauchmuskeln). Die Einatmung ist ein aktiver Vorgang.

Die Ausatmung ist hingegen ein passiver Vorgang. Nach der Einatmung entspannt sich das Zwerchfell und geht in seine kuppelförmige Ausgangssituation zurück. Die Muskulatur von Bauch-, Brust- und Zwischenrippen entspannt sich, die Rippen senken sich und das elastische Lungengewebe zieht sich zusammen – die Atemluft strömt aus der Lunge.

Die beiden Lungenhälften liegen wie in Höhlen im Brustkorb. Die Lungen sind aussen mit einem Lungenfell überzogen, die Rippen innenseitig mit einem Rippenfell ausgekleidet. Diese beiden Felle bilden zusammen das Brustfell, welches dafür sorgt, dass die Lunge nicht in sich zusammenfällt (kollabiert). Zwischen Lungen- und Rippenfell befinden sich wenige Milliliter Flüssigkeit, sodass die beiden beim Ein- und Ausatmen ohne Reibung aneinander vorbeigleiten können.

Steuerung der Atmung

Die Atmung wird im Atemzentrum gesteuert. Es sitzt an der Stammhirnbasis, wo das Gehirn ins Rückenmark übergeht. Hier werden die Anzahl der Atemzüge, der Atemrhythmus und die Atemtiefe reguliert.

Diese Steuerung erfolgt über verschiedene Mechanismen wie den Zwerchfellnerv, die Nerven der Atemhilfsmuskulatur und chemische Vorgänge im Blut (Veränderung des Sauerstoff-Kohlendioxydgehalts).

Atmung bei Querschnittgelähmten

Je höher das Lähmungsniveau, desto stärker ist die Atemhilfsmuskulatur betroffen. So haben querschnittgelähmte Menschen oft einen teilweisen oder vollständigen Ausfall der Bauchmuskulatur, weshalb sie nur eingeschränkt husten können.

Zudem ändert der Ausfall dieser Muskeln die physiologische Atemmechanik. Da der Bauchmuskulatur die Muskelspannung fehlt, sinken die Bauchorgane nach unten, das Zwerchfell flacht ab. Es ist weniger beweglich und kann weniger Kraftentwicklung aufbringen, welche für die Einatmung notwendig ist. Der gelähmte Anteil des Brustkorbes wird nicht mehr angehoben, sondern durch Zug des Zwerchfells nach unten gezogen. So wird die Lunge während der Einatmung unvollständig und ungleichmässig auseinandergezogen, weniger Luft kann in die Lungen strömen. Das Atemzugvolumen ist somit kleiner und die Belüftung der Lungen ungleichmässig. Geschieht dies über längere Zeit, können die kleinen Atemwege auch ganz von der Belüftung ausgeschlossen werden, kollabieren oder «verkleben». Dies ist einer der Gründe, warum bei querschnittgelähmten Menschen auf eine Atemtherapie geachtet werden muss.