Atmung

• Versorgung des Körpers mit Sauerstoff über Alveolen (Lungenbläschen)

• Sauerstoff wird für Energiegewinnungsprozessen in Zellen/ Mitochondrein benötigt

• ausatmunng von potentiell toxischem CO2

• Überleben ohne Sauerstoff:3 min (ohne Essen 30 Tage, ohne Wasser 3 Tage)

1. äußere: Gausaustausch in der Lunge (Sauerstoffaufnahme/ Kohlendioxidabgabe)

2. innere Atmung/ Zellatmung:

   Glukose + O2 —> Wasser + CO2

   Gasaustausch zwischen Blut und Zellen, Sauerstoffabgabe an Zellen (Energiegewinnung von ATP aus ADP in Mitochondrien, CO2 aufnahme ins Blut

• Glomera, sehr stark durchblutete, zellukäre Gefäßknäuel

• spezidische Durchblutung ca 40mal höher als im ZNS —> höchste aller Gewebe

  —> Sauerstoffsensing

• messen H+ und CO2 Konz

= Belüftung der Abschnitte des Atmungsapparates

Einatmung=Inspiration

Ausatmung= Exspiration

• Atemzeitvolumen (Erw: 6-8 l/min) = eingeatmetes Luftvolumen/ Zeit, Produkt aus Atemzugvolumen und Atemfrequenz (Säuglinge: 35-50 /min, Erwachsene: 12-16/min)

• Atemwege bis einschl Bronchien dienen nicht Gasaustausch mit Blut —> anatomischer Totraum

• nicht durchblutete Lungenabschnitte: funktioneller Totraum

• 2/3 des Atemzugvolumen kommen in Alveolen zur Belüftung an , vermischt sich mit bereits vorhandenem Residualvolumen —> 10% der Luft in Alveolen wird ausgetauscht

• Veränderung in Abhängigkeit vom ateriellen pCO3

• Atemzugvolumen kann sowohl bei Ein als auch bei Ausatmung vertieft werden

• auch bei max. Exspiration bleibt Luft in der Lunge zurück

• VRG (verntrale respiratorische Gruppe): zentraler Mustergenerator

• Schrittmacher innerhalb VRG: Prä-/Bötzinger Komplex

• bewusste Hyperventilation: Überspielen der Hirnstammzentren durch höhergelegene Bereiche aus Neocortex

• Atmungszentrum des ZNS liegt in medulla oblongata

• dort: Neurone die autonom Atemfrequenz erzeugen, werden von Neuronen in der Pons modifiziert, sind mit vegetativen Nervensystem gekoppelt —> Anstieg Herzfrequenz bei Inspiration (respiratorische Arrhythmie)

• Hering-Breuer-Reflex: Rezeptoren die mit N. vagus Signale an Atemzentrum senden, reagieren bei Dehnung der Lunge, Rückkopplung der Bewegung an Atemzentrum, Verhinderung Lungenüberdehnung durch Bremsung der Inspiration

• Muskelspindeln der Atemmuskulatur: reflektorisch für Beendigung der Inspiration, Exspiration in Ruhelage passiv

• Chemosensoren: Regulation Blut pH, muss zwischen spez Grenzen konstant gehalten werden, wichtig für pH-Optimum der Stoffwechselvorgänge

• Periphere Sensoren: in Carotisgabel und Aortenbogen, erfassen Senkung des O2-Partialdrucks und Senkung des CO2 Partialdrucks und pH (Po2, Pco2, pH)

• zentrale Chemosensoren im Hirnstamm: Hyperventilation (Azidose) durch steigerung des CO2 Partialdruckes und ph Senkung (mehr CO2 abgeatmet —> pH sinkt), Hypoventilation durch senkung CO2 Partialdruck ph erhöhung (weniger CO2 abgeatmet) (Pco2, pH)

• Atemantrieb durch Pco2 >> Po2, erhöhter Pco2 (Hyperkapnie) kann Ventilation 10fach steigern, Pco3 wird gesenkt

• CO2: Rezeption im Nucleus retrotrapezoideus (RTN in rostraler medulla oblongata) durch chemosensible Nervenzellen

• Anwärmung Inspirationsluft

• Anfeuchtung

• ReinigungLuft

• Schutz und Abwehr

• Produktion und Sekretion Surfactant

• Antriebselement für Lautproduktion / Stimmgebung

• hinterer Abschnitt: dorsal, vorne: ventral

• Nasenmuscheln: in Seitenbereichen, je 3, vergrößern Oberfläche für Erwärmung/ Anfeuchtung

• Nasenhare: filtern PArtikel

• Bulbus olfactorius: oberer Nasengang, Riechsinneszellen

• Sinus: Nasennebenhöhlen, respiratosiches Flimmerepithel

• Pharynx = Rachen

• Larynx = Kehlkopf

• Trachea = Luftröhre

• liegt ventral des Ösophagus, beginnt unterhalb des Larynx, geht in beide Hauptbronchien über

• besteht aus hinten offenen Knorpelspangen die an Hinterseite von glatter Muskulatur (M. trachealis) und Bindegewebe zusammengehalten werden

• glatte Muskulatur ist vegetativ innerviert, kann bei Sympathicuserregung erschlaffen, bei Parasympathicus Erregung kontrahieren

• Knorpelspangen stabilisieren Trachea um Kollabierung während Einatmen zu vermeiden

• Außen —> Innen: Tunica adventitia ( Bindegewebe) —> Tunica fibromusculocartilaginea (Knorpelspangen) —> Tunica mucosa (Flimmerepithelschicht)

• Lunge umgibt Herz, Trachea, Ösophagus

• Lungenflügel sind über Lungenhilus mit Blutgefäßen und Bronchien verbunden

• Rechter Flügel: 3 Lappen, Linker Flügel: 2 Lappen

• Aufgabe: Sauerstoffversorgung, Ausgleich Säure-Base Haushalt

• Lunge von Pleura bedeckt, Pleura viszeralis: liegt direkt auf Lungenoberfläche auf, Pleura parietalis: liegt dem Thorax an, dazwischen: Pleuraspalt

• Pleuraspalt: Flüssigkeit die die Blätter durch Adhäsion zusammenhält, dadurch kann Lunge innerhalt Thorax reibungslos gleiten, fällt nicht zusammen, Unterdruch durch Rückstellkräfte

• glatte Muskulatur, sympathisch: Bronchodilatation (ß2), Parasympathisch: Bronchokonstriktion (M3)

• bronchioli terminales: einschichtiges Flimmerepithel, Bronchioli respiratorii: keins

• bilden Übergangszone zu Lungenbläschen (Alveolen), dienen Gasaustausch, eine einzige dünne Epithelschicht

• Bildung aus flachen Alveolarepithelzellen Typ I

• Basalmembran des Alveolarepithels: verschmolzen mit Basalmembran umliegender Kapillaren

• Surfactant: produziert von Alveolarepithelzellen Typ II, verhindert Zusammenfallen, aus Phosphatidylcholin, setzt Oberflächenspannung herab

• selbstreinugungsmechanismus der Bronchien durch Muzinschicht/ Schleim (Becherzellen und PBD) und Zilien (Epithel)

• Husten und Niesen unterstüzt Reinigungsmechanismus

• vegetatives Nervensystem: wirkt über Parasymp konstringierend, über Sympathikus dilatierend auf Bronchialmuskulatur

• Tonus Hoch: Acetylcholin, histamin und Leukotriene

• Tonus runter: Nor-/Adrenalin

• Zwerchfellbewegung —> Senkung/ Kontraktion der Zwerchfellkuppel(n) = abdominaler Atmungstyp (Bauchatmung)

• äußere Zwischenrippenmuskeln —> Hebung der Rippenböögen = kostaler Atmungstyp (Brustatmung)

• Konvektion Strömung der Luft durch das Rohrsystem der Atemwege

• Ventilation der Alveolen

  —> Änderung des Thoraxvolumens hat Einfluss auf Konvektion und Ventilation

• Zwerchfell: Platte aus Sehnen, quergestreifte Skelettmuskulatur, trennt Abdomen von Thorax

Ausatmung: Lunge zieht aufgrunf ihrer Eigenelastizität den Thorax in die Ausgangslage zurück

—> Alveolarraum wird kleiner, intrapulmonaler Druck wird vorübergehend positiv, verursacht Ausatmung

• Pleura-Flg ist weder dehnbar noch komprimierbar

• Unterdruck (Ppleu) durch entgegengerichtete Zugkräfte von Lunge <—> Thoraxwand und deren Rückstellkräfte

• wirkt auf Lunge wie Sog von Lunge an Brustwand

—> Lufteintritt in Pleuraspalt

• Perforationsverletzung der Thoraxwand

• Platzen oberflächlich gelegener Alveolen

  —> Leck hebt Unterdruck auf

  —> Lungenflügel kollabiert aufgrund Eigenelastizität

• Behandlung:

• ca 150 Mio pro Lungenflügel

• Gesamtoberfläche ca 80-140 m^2 —> große Austauschoberfläche

• umgeben von dichtem Kapillarnetz

• alveolare Gasaustausch durch Diffusion —> alveolokapillare Membran nur 1 µm

über Blut-Luft-Schranke

innen—>außen:

Surfactant —> Alveolarepithelzellen Typ I —> Basalmembranen (verschmolzen) —> Kapillarendothel

—> Surface active agent

• Oberflächenspannung der Alveolären Grenzflächen (Luft/Wasser) wirkt im Sinne einer Exspiration —> Gefahr kollabierender Alveolen

• wird durch Surfactant (von Typ II Alveozyten gebildet) verhindert

• stabilisiert Alveolen durch Verminderung der Oberflächenspannung —> dicht gepackter Surfactant (Exspiration)

• Entfaltung der Lunge (Inspiration) senkt Surfactantkonzentration, wodurch Oberflspannung zunimmt, und damit weitere Vergrößerung erschwert wird (Surfactant Bremse überblähter Alveolen)

• Oberflspannung der Alveolen wird durch Surfactant auf ca 1/10 reduziert

• Die an Grenzfläche zw Gas- und Flgphase entstehende Obflsp ist für bestrebung der Lunge sich zusammenzuziehen

  —> diese Bestrebung und elastische Rückstellkräfte von Lunge und Thorax tragen bei zur passiven Ausatmung

• verhindert, dass kleine Alveolen bei Ausatmung in sich zusammenfallen/ bei Einatmung platzen

• Monomolekulare, emulgierende und oberflaktive Phospholipoproteinkomplexe nehmen Form eines tubulären MAschenwerks ein:

  80% Phospholipide insb. Phosphatidylcholin

  10% Neutrallipide

  10% Apoproteine SP-A, -B, -C und -D

• bei Frühgeborenen: Surfactant erst ab 24 SSW gebildet —> Mangel —> Atemnotsyndrom

• Bestimmung Volumen außer Residualvolumen

• Residualvolumen kann durch Beimenung von helium zur Einatemluft (Bestimmung Differenz zur Ausatemluft), Heliumeinwaschmethode

• ispiratorisches Reservevolumen: Vol das nach normaler Inspiration noch zusätzlich eingeatmet werden kann

• Exspiratorisches Reservevolumen: Vol das nach normaler Expsiration noch zusätzlich ausgeatmet werden kann

• Residualvolumen: Vol das nach max Exspiration noch in der Lunge zurückbleibt

• Totalkapazität: Vol das nach max Inspiration in der Lunge enthalten ist (= Summe aus Vitalkapazität und Residualvolumen)

• Summe der max eingeatmeten und max ausgeatmeten Luft

• Maß für die Ausdehnungsfähigkeit von Lunge und Thorax

• VC Frauen 10-20%< VC Männer

• ausdauertrainierte Sportler haben eine erheblich größere VC als untrainierte Personen

• klinisch bedeutend (bspw COPD und Asthma bronchiale)

—> mit zunehmendem Alter nimmt VC wg. Elastizitätsverlust er Lunge sowie Einschränkungen der Thoraxbeweglichkeit ab

• Volumen der leitenden, nicht am Gasaustausch beteiligten Atemwege (Nase bzw Mund, Pharynx, Larynx, Trachea, Bronchien und Bronchiolen)

  —> anatomisches Totraumvolumen bei Erwachsenen ca 150ml

• anatomisches Totraumvolumen + Alveolarräume die belüftet, aber nicht durchblutet sind

  —> funktionales Totraumvolumen

• in der gesunden Lunge gilt anatomischer = funktionaler Totraum

• Eine Zunahme des Toraums (zB bei Lungenembolie) kann zu einer Verschlechterung der Arterialisierung des Blutes führen, da bei gleicher Atemtiefe weniger Frischluft in den zum Gasaustausch nutzbar ist

• zwischen Alveolen und Blut werden O2 und CO2 über Diffusion passiv ausgetauscht

• bei dieser Arterialsierung wird das Blut mit O2 angereichert, der CO2 Gehalt reduziert und der pH wert leicht alkalischer

• dier alveolären Atemgasfraktionen / Atemgaskonzentrationen hängen ab von

  • O2-Aufnahme

  • CO2-Abgabe

  • alveoläre Ventilation

  • Zusammensetzung der Inspirationsluft

• aufgrund Residualkapazität vermischt sich das eingeatmete Frischluftvolumen mit verbrauchter Luft

  —> es entsteht das alveoläre Gasgemisch

• Partialdruckdiff zw Blut und Alveole

• Partialdrücke innerhalb Alveole sind konstant, das in den Alveolen ankommende Blut ist O2 ärmer und CO2 reicher als die Alveolarluft

• Faktor der Diffusion

• am Anfang der Kapillare: Diffusion sehr schnell

• Partialdruckdifferenz veringert sich im Verlauf der Kapillare an der Alveole, bis sie zum Ende angeglichen ist

• dafür vorhandene Zeit beträgt weniger als eine Sekunde

• CO2: niedrigeres Druckgefälle, Zeit reicht trotzdem aus da CO2 höheren Diffusionskoeffizienten als O2 besitzt

• wieviel Gas löst sich in den Körperflüssigkeiten / im Blut

  —> das hängt vom Partialdruck des Gases ab (henry gesetz)

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