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Atemzyklus

Inhalt

Einführung

Der Atemzyklus beschreibt den sich dauerhaft wiederholenden Vorgang der Lungenatmung (äußere Atmung). Dieser ist von den Vorgängen abzugrenzen, welche den bei der äußeren Atmung dem Organismus zugeführten molekularen Sauerstoff verwendet und in den Mitochondrien abläuft, der innere Atmung. Voraussetzung für den Atemvorgang sind aktive Kräfte, welche eine Zu- und Abnahme des Thoraxvolumens bewirken können, die Atemmuskeln. Gleichzeitig muss ein Unterdruck im Pleuraspalt herrschen, welcher die Lunge nach allen Seiten gleichzeitig auseinanderzieht. Dies ist notwendig, da bei normalem Luftdruck die Lunge auf Grund elastischer Rückstellkräfte zusammengezogen würde.

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Atemphasen

Der im Pleuraspalt vorhandene Unterdruck bedingt, dass die Lunge den Atembewegungen "folgt". Diese Bewegungen laufen wie folgt ab:

Inspiration (Einatmung)

Bei der Inspiration weitet sich der Thorax, d.h. der sagittale Durchmesser vergrößert sich - dadurch nimmt der Unterdruck im Pleuraspalt zu (wird negativer). Da die Lunge diesen Bewegungen folgt, wird sie in alle Richtungen aufgedehnt. Es steht der einströmenden Luft eine große Fläche zur Verfügung um sich in den Alveolen zu verteilen, sodass Sauerstoff aus der Einatemluft die Blut-Luft-Schranke passieren und in das Blut der Lungenkapillaren diffundieren kann. Dabei gilt: je größer die Diffusionsfläche, desto mehr Sauerstoff gelangt in das Blut.

Musculi intercostales externi (Ansicht von ventral) - wichtige inspiratorische AtemmuskelnDie Weitung des Thorax (Brust- oder Rippenatmung) geschieht durch folgende inspiratorische Atemmuskeln:

  • Mm. intercostales externi
  • Mm intercartilagines
  • Mm. scaleni (teilweise)

Im Ruhezustand erfolgt die Kontraktion der Atemmuskeln nicht bewusst. Bei besonderem Sauerstoffbedarf können zusätzliche inspiratorische Atemhilfsmuskeln rekrutiert und willentlich kontrahiert werden, es findet eine forcierte Einatmung statt. Zu diesen zählen:

Die Kontraktion dieser Muskeln bewegt die Rippen voneinander weg, d.h. die Interkostalräume erweitern sich. Da der knöcherne Thorax von kranial nach kaudal einen immer größeren Durchmesser einnimmt, bewirkt diese Bewegung nicht nur eine Vergrößerung des inneren Volumens, sondern auch eine Anhebung des Thorax.

Zusätzlich zur Rippenatmung kontrahiert sich das Diaphragma, was eine Abflachung des Muskels bewirkt und den Thorax nach unten zieht (Zwerchfellatmung). Die Zwerchfellkuppen senken sich und die Lungen dehnen sich noch weiter aus. Durch die Bewegung wird Druck auf das Abdomen ausgeübt, sodass sich die Bauchwand zunehmend nach außen wölbt.

Da der durch das Anheben der Rippen gewonnene Raum durch den knöchernen Thorax begrenzt ist, kann die Lunge nach kranial nur sehr begrenzt weiteres Volumen gewinnen. Dies ist jedoch nach kaudal möglich, wo die Lunge zusätzlich Platz in besonderen Spalträumen, den Recessus, findet.

Expiration (Ausatmung)

Musculus latissimus dorsi (Ansicht von dorsal) - ein expiratorischer AtemhilfsmuskelIm Gegensatz zur Inspiration ist die Expiration ein Vorgang, der in Ruhe keine besondere Beteiligung der Muskulatur voraussetzt. Die bei der Einatmung aufgewendete mechanische Energie sorgt für einen Spannungszustand, welchem durch die elastischen Rückstellkräfte der Lunge sowie der Schwerkraft entgegengewirkt wird, d.h. die Lunge zieht sich selbstständig zusammen. Dabei wirken expiratorische Atemmuskeln (Mm. intercostales interni, Mm. subcostales, M. transversus thoracis) zwar unterstützend, jedoch werden diese nur schwach kontrahiert.

Unter besonderen Belastungsbedingungen kann auch die Ausatmung forciert werden. Dies geschieht durch willentliche Kontraktion der Bauchwandmuskulatur (Bauchpresse) sowie des M. latissimus dorsi, welcher besonders beim Husten beansprucht wird („Hustenmuskel“).

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Quellen anzeigen

Quellen:

  • G. Aumüller et al: Duale Reihe Anatomie, 2. Auflage, Thieme (2010), S. 252 f., 506 ff.
  • J. Huppelsberg, K. Walter: Kurzlehrbuch Physiologie, 3. Auflage, Thieme (2009), S. 99 f.
  • J. Kirsch, C. May, D. Lorke et al: Taschenlehrbuch Anatomie, Thieme (2010), S. 312-313
  • A. Lauber, P. Schmalstieg: Wahrnehmen und Beobachten, 3. Auflage, Thieme (2012), S. 187

Autor:

  • Andreas Rheinländer

Illustratoren: 

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