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Kompaktlexikon der Biologie: Atmungsorgane

Atmungsorgane, Respirationsorgane, mehr oder weniger spezialisierte Körperpartien wasser- und landbewohnender Tiere, die dem Transport von Sauerstoff (O2) an eine respiratorische Oberfläche und der Abgabe des im Zellstoffwechsel gebildeten Kohlenstoffdioxids (CO2) an das umgebende Medium dienen ( vgl. Abb. ). Vor allem bei Tieren mit einer im Verhältnis zum Körpervolumen großen Oberfläche sowie solchen mit geringer Stoffwechselintensität dient die gesamte Körperoberfläche als Oberfläche für den Gasaustausch (Hautatmung). Bei den Oligochaeta, den Echinodermata, Wasserinsekten und den Fischen gibt es Arten mit Darmatmung. So erzeugt der Schlammröhrenwurm Tubifex insbesondere bei reduziertem O2-Angebot wellenförmige Bewegungen mit seinem aus dem Schlamm herausragenden Hinterende und nimmt O2-reiches Wasser in seinen Darm auf. Verschiedene Fische schlucken Luft und geben sie nach dem Gaswechsel im Mitteldarm durch den After wieder ab. Seewalzen (Holothuroidea) besitzen als fein verästelte Ausstülpungen des Enddarms so genannte Wasserlungen, durch die Wasser, das über die Kloake aufgenommen wurde, mittels Kontraktionen von Ringmuskulatur gepresst wird.

Die A. der meisten Wassertiere sind Kiemen, die als gut durchblutete respiratorische Ausstülpungen und Anhänge der verschiedenen Körperpartien bei Annelida, Mollusca, Amphibienlarven, Tunicata und Fischen entwickelt wurden. Da die Sauerstoffkonzentration im Wasser wesentlich niedriger ist als in Luft und salziges Wasser weniger gelösten Sauerstoff enthält, müssen Kiemen sehr effizient arbeiten. Dies wird zum Einen durch Ventilation und zum Anderen durch Gegenstromaustausch erreicht ( vgl. Abb. ).

Insekten besitzen Tracheen als A., eine nach innen gefaltete respiratorische Oberfläche, die ein System von Röhren bildet, die den Körper durchziehen und durch feine Verästelungen fast jede Zelle erreichen. Der Gasaustausch erfolgt bei kleinen Tieren durch Ventilation, bei großen Tieren werden durch pumpende Körperbewegungen die Röhren wie Blasebälge zusammengepresst und gedehnt und somit ventiliert. Verschiedene wasserlebende Insekten und die Wasserspinne (Agyroneta) können, obwohl reine Tracheenatmer, längere Zeit unter Wasser bleiben, indem sie eine Luftblase an ihrem Körper mittransportieren. Aus einer solchen physikalischen Kieme wird O2 entnommen und diffundiert aus dem Wasser nach.

Die A. der meisten Landwirbeltiere sind Lungen. Säuger ventilieren ihre Lungen durch Unterdruckatmung, indem durch Weitung des Brustkorbs und Senkung des Zwerchfells das Lungenvolumen vergrößert wird und die Lunge wie eine Saugpumpe wirkt. Amphibien ventilieren ihre Lungen durch Überdruckatmung, indem sie Luft in die Luftröhre pressen und bei Vögeln fungieren Luftsäcke als Blasebälge, die die Luft beim Ein- und Ausatmen auf einem Rundkurs durch das Lungen-Luftsack-System strömen lassen. (Atmung, Atemzentrum)



Atmungsorgane: Funktionelle Anordnung von Atmungsorganen. Ähnlich wie bei Exkretionsorganen lässt sich die Vielfalt der morphologischen Ausbildungen von A. auf wenige Grundtypen zurückführen. Sie unterscheiden sich in der Art des Gasaustausches zwischen Blut und Atemmedium über respiratorische Membranen. Nach ihrer Leistungsfähigkeit – d.h. der Fähigkeit, Blut mit Sauerstoff anzureichern und Kohlenstoffdioxid anzugeben – sind dies: Offene Systeme (Hautatmung), Pool- und Gleichstromsysteme (Alveolarlungen der Säuger), Kreuzstromsysteme (Parabronchiallungen der Vögel und das Gasauschtauschsystem in der Placenta und Gegenstromsysteme (Kiemen der Fische). – Hautatmung ist wenig effizient, da Ventilationseinrichtungen fehlen. Beim Gleichstromaustauscher (a) trifft sauerstoffarmes Blut (px) zunächst auf frisches Atemmedium (pi). Während Blut und Medium parallel über die Austauschfläche strömen, erreichen die Sauerstoffpartialdrücke ein Gleichgewicht, das zwischen pi und px liegt. Der Sauerstoffpartialdruck des Blutes, das den Austauscher verlässt (pa) kann in diesem System nicht über dem des ausgeatmeten Mediums (pe) liegen. – Beim Gegenstromaustauscher (b) trifft sauerstoffarmes Blut px zunächst auf sauerstoffarmes Medium (pe). Im Verlauf des Gasaustausches über der respiratorischen Oberfläche gelangt das Blut in Kontakt mit zunehmend sauerstoffreicherem Medium. Auf diese Weise wird ständig eine Sauerstoffpartialdruckdifferenz aufrecht erhalten, die die weitere Aufnahme von Sauerstoff aus dem Medium fördert. Wenn das Blut den Austauscher verlässt (pa), hat es einen wesentlich höheren Sauerstoffpartialdruck als das ausgeatmete Medium; er kann nahe dem des eingeatmeten Mediums (pi) liegen. – Im Falle des Kreuzstromaustauschers (c) trifft ein Teil des Blutes ausschließlich auf sauerstoffreiches Medium, ein anderer Teil auf sauerstoffärmeres bis sauerstoffarmes Medium. Da die kleinen Gefäße, die den Medienstrom queren, sich wieder zu einem Gefäß vereinigen, verlässt das letztere den Austauscher mit Blut, dessen Sauerstoffpartialdruck zwar deutlich über dem von pe liegt, der sich aber nicht so stark an pi annähern kann wie im Fall des Gegenstromaustauschers



Atmungsorgane: Beziehung zwischen Atmungsorganen, Körper und Atemmedium

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Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
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Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
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Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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