trainingsworlds Expertin für Sportmedizin, Angi Peukert, erklärt die Physiologie der Lunge: Ihre Anatomie, die Funktionsweise der Atmung, der Sauerstoffversorgung und des CO2- und O2-Transports.
Um die Funktionsweise der Lunge zu erläutern schauen wir uns zuerst ihren anatomischen Aufbau an.
Die Anatomie der Lunge
Die Lunge wird unterteilt in zwei Lungenflügel (Pulmo sinister et dexter). Der rechte Flügel teilt sich in drei Lungenlappen (Lobus) und der linke in zwei. Diese wiederum gliedern sich in Lungensegmente (Segmenta bronchopilmonalis). Der Lungenhilus bildet die Ein- beziehungsweise Austrittsstellen für Lymphknoten, Gefäße und die beiden Hauptbronchien. Die Bronchien, beginnend an der Bifurkation, teilen sich in folgender Reihenfolge: Lappenbronchien, Segmentbronchien, Subsegmentale Bronchien, Bronchiolen, Bronchiolen terminalis, Bronchioli respiratorii, Sacculi alveolares.
Der gesamte Luftweg setzt sich aus dem oberen Luftwegen (also Nase und Rachen) und den unteren Luftwegen (also Kehlkopf, Luftröhre und Bronchien) zusammen. Die Aufgaben des Luftwegs sind die Reinigung, die Leitung, die Erwärmung und die Anfeuchtung der Atemluft sowie der Gasaustausch mit der Lunge.
Die Lunge ist umgeben von der Pleura, dem Brustfell. Dieses ist unterteilt in die Pleura viscerale, eine hauchdünne Haut die der Lunge anliegt, und der Pleura pacietale, welche der Innenseite der Rippen und dem Diaphragma (Zwerchfell) anliegt. Dazwischen bildet sich eine Umschlagfalte (Pleuraspalt) die mit einer serösen Flüssigkeit gefüllt ist. Durch den Unterdruck (Adhäsion), der im Pleuraspalt herrscht, wird die Lunge offen gehalten.
Der Luftweg von der Nase bis zu den Alveolen wird als Totraum bezeichnet, also ein Raum, der nicht am Gasaustausch beteiligt ist. Unterschieden wird zwischen dem anatomischen und dem funktionellen Totraum.
Wie funktioniert die Atemmechanik?
Der Haupteinatemmuskel ist das Zwerchfell (Diaphragma). Durch die Verbindung zu den beiden Lungenflügeln entsteht bei einer Kontraktion (also dem Zusammenziehen des Muskels) ein Unterdruck in den Lungenflügeln.
Die Luft wird ins Lungeninnere gezogen (Alveolen). Gleichzeitig werden bei der Einatmung Lunge und Thorax auseinander gezogen. Die Lunge ist am Thorax (an den Rippen) befestigt, dazwischen befindet sich der sogenannte Pleuraspalt. Die Rippenmuskulatur (M. intercostalis externa) ist Atemhilfsmuskulatur und zuständig für das Auseinanderziehen von Lunge und Thorax bei der Einatmung. Dadurch entsteht im Pleuraspalt ein Unterdruck, der am Ende der Einatmung maximal wird. Die Pleura ist sehr elastisch und will sich wieder zusammenziehen. Bei der Ausatmung entspannt sich das Zwerchfell und das „überdehnte“ Lungengewebe zieht sich zusammen, sodass die Luft herausgepresst wird.
Wie wird die Atmung reguliert?
Es gibt Rezeptoren, die Informationen über den Sauerstoffgehalt (PO2) im Blut aufnehmen und an die Steuerzentrale weitergeben – sie befinden sich in der Golum carotis. Die Steuerzentrale ist in der Medulla oblongata angesiedelt. In den Inspirations- (Einatmungs-) und Expirations- (Ausatmungs-)kernen werden die Informationen verarbeitet. Die verarbeitete Information wird als Impuls über Effektoren in die entsprechende Muskulatur weitergeleitet. Zu einer Atemverstärkung kann es beispielsweise durch niedrigen O2-Gehalt im Blut, erhöhten CO2-Gehalt oder niedrigen pH-Wert kommen.
Wie funktioniert der O2- und CO2-Transport im Blut?
Im Blut gibt es Hämoglobin, bestehend aus dem Farbstoff Häm und dem Eiweiß Globin. Das Häm hat 4 Bindungsstellen für den Sauerstoff. Über die Alveolen gelangt der Sauerstoff durch Diffusion ins Blut, dort verbindet es sich mit dem Häm zum HbO2.
Das CO2 kann durch sogenannte Carbaminoverbindungen mit dem Eiweiß Globin durch das Blut transportiert werden. Andere Möglichkeiten des Transports sind der durch Natriumbikarbonat im Plasma oder durch Kaliumbikarbonat in den Erythrozyten.
In der Lunge angekommen wird das CO2 durch eine umgekehrte Reaktion wieder freigesetzt. Die roten Blutkörperchen bringen über den ständigen Blutstrom den Sauerstoff zur Muskulatur. Das Kohlendioxid wird aus der Muskulatur zurück zur Lunge transportiert und dort über die Ausatmung abgegeben.
Wieviel Volumen hat die Lunge?
Das Atemzugvolumen (Inspiratorisches Reservevolumen) beschreibt die Luftmenge (2-4 Liter), die nach normaler Inspiration (ca. 500 ml) bei Gesundheit noch zusätzlich eingeatment werden kann.
Das Expiratorische Reservevolumen beschreibt die Luftmenge (ca 1–1,5 Liter), die nach normaler Expiration noch zusätzlich ausgeatment werden kann.
Das Residualvolumen beschreibt die Luftmenge (ca 1,1 Liter), die nach maximaler Ausatmung in der Lunge verbleibt.
Die Vitalkapazität ist die Luftmenge, die nach maximaler Einatmung maximal ausgeatmet wird. Zusammen mit dem Residualvolumen nennt man die Luftmenge Totalkapazität.
Nimmt eine schlechte Körperhaltung Einfluss auf den Atemmechanismus?
Durch die Verbindung zum Thorax kann eine vertiefte Einatmung nur stattfinden, wenn die Rippen sich in die aufrechte Körperhaltung mitbewegen. Die Verbindung der Rippen zur Brustwirbelsäule setzt eine Bewegung der Wirbel in die Extension vorraus. Wenn die Haltung sich dauerhaft in der Beugestellung befindet, ist die Aufrichtung der Wirbelsäule sowie die Bewegung der Rippen in die Inspirationsstellung eingeschränkt.
Häufig kann also eine tiefe Einatmung limitiert sein und es kommt durch weniger O2-Zufuhr zu einem herabgesetzten Leistungsvermögen. Bei Belastung können weitere Symptome wie Seitenstiche, Atemnot und Schulterschmerzen auftreten.
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Angi Peukert
Quellenangaben:
1. http://www.intro-wolfsburg.de/pdf/atmung.pdf
2. http://www.sportunterricht.de/lksport/atmung1.html
3. Zalpour, Christoff: Anatomie Physiologie. 2. Auflage, München/Jena: Urban & Fischer
4. Speckmann/Wittkowski: Bau und Funktion des menschlichen Körpers. 19. Auflage, München/Jena: Urban&Fischer
