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Lexikon der Biologie: Atemmechanik

Atemmechanik, Gesamtheit der Mechanismen, mit denen lungenatmende Organismen ihre Lunge ventilieren und ein bestimmtes Volumen des Atemmediums austauschen. In der Humanphysiologie wird der Begriff wesentlich enger gefaßt und mit ihm die Analyse der Druck-Volumen- und Druck-Atemstromstärke-Beziehungen beschrieben (Compliance). Bei den Säugetieren (einschließlich Mensch) werden durch Erweiterung oder Verkleinerung des Brustraums Druckdifferenzen zwischen dem Lungenraum und der Umgebung erzeugt ( vgl. Abb. ). Die Lungen selbst besitzen keine Muskulatur für einen solchen Vorgang. Bei der Einatmung (Inspiration) erfolgt durch Kontraktion des Zwerchfells und der äußeren Zwischenrippenmuskeln die Erweiterung des Brustraums in Richtung Bauchhöhle und ein Anheben der Rippen. Damit wird ein Unterdruck von 0,4 kPa erzeugt, der bei extremer Einatmung auf 10–20 kPa "abfallen" kann (Saugventilation). Die Ausatmung (Exspiration) geschieht in der Regel passiv durch Erschlaffung von Zwerchfell und Zwischenrippenmuskeln. Elastische Kräfte der Brustwand, der Bauchdecke, des Zwerchfells und der Lunge bewirken die Verkleinerung des Brustraums und so die Rückkehr zur Atemruhelage. Wenn nötig, kann die Ausatmung durch Kontraktion der inneren Zwischenrippenmuskeln und der Muskulatur der Bauchdecke aktiv unterstützt werden. Überwiegt bei Einatmung die Kontraktion des Zwerchfells, spricht man von Zwerchfellatmung oder Bauchatmung (auch abdominale Atmung genannt), überwiegt die Kontraktion der äußeren Zwischenrippenmuskeln, liegt Brustatmung oder Rippenatmung vor (auch thorakale Atmung oder costale Atmung; vgl. Abb. ). Die Lunge ist außen, die Brustwand innen von Blättern des Brustfells bedeckt, die einen schmalen, mit Flüssigkeit gefüllten Spalt (Pleurahöhle, Brust) bilden. Flüssigkeit ermöglicht zum einen das freie Gleiten der Lunge an der Innenseite der Brustwand, zum anderen wird durch Adhäsionskräfte sowie infolge der Oberflächenspannung der Alveolen und einer Dehnung elastischer Parenchymfasern, die der Lunge das Bestreben verleihen, sich zu verkleinern, ein Unterdruck erzeugt, der verhindert, daß die Lunge aufgrund ihrer elastischen Zugkräfte kollabiert. Das Kollabieren der Lunge kann allerdings geschehen, wenn der Unterdruck durch Zustrom von Luft nach einer Schädigung der Lungenwand oder der Brustwand beseitigt wird (Pneumothorax). Bei Vögeln erfolgt der Luftaustausch am Boden durch aktives Heben und Senken des Brustbeins. Durch das Heben werden die zweigliedrigen Rippen gestreckt und so die Lunge zusammengepreßt (Ausatmung), durch Senken des Brustbeins wird die Rippenstreckung rückgängig gemacht, der Brustkorb erweitert sich in seitlicher Richtung, und die Lunge kann sich ausdehnen (Einatmung). Im Flug kommen die Luftsäcke der Vögel zum Tragen; sie fungieren dann als Blasebälge. Prinzipiell wird durch den Flugwind Luft in die Luftsäcke gepreßt und umgekehrt aus den Luftsäcken durch Zusammendrücken in die Lunge oder nach außen ( Atmungsorgane III ). – Bei Reptilien und lungenatmenden Amphibien basiert der wesentliche Teil der Atemmechanik auf Schlucken. Rippenbewegungen wirken bei Reptilien unterstützend mit, nur Schildkröten verfügen außerdem über Lungenmuskeln. Landlebende, lungenatmende Amphibien erreichen durch rhythmische Gaumenbewegungen bei geschlossener Luftröhre und geöffneten Nasenlöchern einen Austausch zwischen Mundhöhlen- und Außenluft. Anschließend werden die Nasenlöcher geschlossen und die Luftröhre geöffnet, wobei die Lunge kollabiert und sich die darin enthaltene Luft mit der Mundhöhlenluft vermischt. Durch Schlucken wird diese Mischluft dann in die Lunge gedrückt (Druckventilation). Atmung, Atmungsorgane.

M.B./K.-G.C.




Atemmechanik

Bewegung des Brustraums bei einem tiefen Atemzug: Durch Kontraktion des Zwerchfells wird der Brustraum in Richtung Bauchhöhle erweitert (Zwerchfellatmung, Bauchatmung), durch Kontraktion der äußeren Zwischenrippenmuskeln werden die Rippen angehoben und der Brustraum nach vorne erweitert (Brustatmung, Rippenatmung).




Atemmechanik

Die treibenden Kräfte während eines Atemzugs. Der Druck innerhalb der Lunge (intrapulmonaler Druck) bestimmt das Atemvolumen. Der Unterdruck in der zwischen Rippenfell und Lungenfell liegenden Pleurahöhle (intrapleuraler Druck) ermöglicht es der Lunge, der Erweiterung bzw. der Verkleinerung des Brustraums beim Einatmen bzw. Ausatmen zu folgen. Wird dieser Unterdruck aufgehoben (Pneumothorax), kollabiert die Lunge.

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