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Atmung und Gehirn: Wie ich atme, so fühle ich

Macht uns etwas Angst, beginnt unser Herz zu klopfen und wir atmen automatisch schneller. Umgekehrt können wir uns aktiv beruhigen, indem wir den Rhythmus des Luftholens ­verlangsamen. Wie gelingt die Teamarbeit von Hirn und Lunge?
Frau genießt die frische Luft

Es gibt Dinge im Leben, die sind so selbstverständlich, dass wir sie kaum wahrnehmen. Wie oft denken Sie beispielsweise an Ihren Atem? Die meiste Zeit von Ihnen unbemerkt, hebt und senkt sich Ihr Brustkorb in einer sturen Regelmäßigkeit, lässt sauerstoffreiche Luft in die Lungen ein- und CO2-haltige ausströmen. Egal, ob Sie auf dem Fahrrad schwitzen, vor dem Fernseher lümmeln oder tief schlafen: Jeden Tag atmen Sie etwa 20 000-mal ein und wieder aus. Mit 80 Jahren werden Sie schon rund 600 Millionen Atemzüge hinter sich haben, mit denen man 100 Heißluftballons füllen könnte!

So unauffällig der Körper uns auch mit Sauerstoff versorgt – hin und wieder drängt sich die Atmung doch in unser Bewusstsein. Das geschieht vor allem dann, wenn sie gestört wird: sobald wir uns beispielsweise verschlucken, unter Wasser gedrückt werden oder einen Asthmaanfall erleiden. Umgehend fühlen wir uns unwohl oder werden panisch und setzen alles daran, die Lunge wieder frei zu bekommen. Umgekehrt rea­giert das Atemsystem prompt, wenn wir uns erschrecken oder große Angst haben. Wer kennt nicht die kindliche Sorge, sich beim Versteckspiel durch aufgeregtes Keuchen zu verraten?

Die Atmung ist also einerseits stabil und zuverlässig, andererseits aber extrem flexibel: Immer wieder passt sich ihr Rhythmus den veränderten Bedingungen an, ob beim Lachen, Sprechen und Essen oder infolge aufkommender Emotionen.

Für das unermüdliche Auf und Ab des Brustkorbs sorgen spezielle Nervenzellen im Hirnstamm. Während das Herz seinen eigenen Schrittmacher enthält, der den Startschuss für jede Kontraktion gibt, ist die Lunge auf das Atemzentrum an der Basis des Gehirns angewiesen. Einer der Ersten, der diese Region entdeckte, war der französische Physiologe César Julien Jean Legallois (1770–1814). Er hatte winzige Bereiche des Hirnstamms von Versuchstieren entfernt und festgestellt, dass dadurch ihre Atmung stoppte. Erst viel später, zu Beginn der 1990er Jahre, fand ein Team um den US-amerikanischen Neurowissenschaftler Jack Feldman an dieser Stelle ein Netzwerk von Nervenzellen, das gemeinsam mit anderen Neuronen den Atemrhythmus vorgibt – den Prä-Bötzinger-Komplex. Bestimmte Zellen der Region entladen sich dabei rhythmisch und geben die neuronale Aktivität über Zwischenstationen an jene Muskeln weiter, die die Atmung koordinieren.

Ein Teil von ihnen sitzt im Zwerchfell, einer kuppelförmigen Schicht aus Muskeln und Sehnen unterhalb der Brusthöhle. Mit jedem Einatmen zieht sie sich zusammen, wodurch sich die Kuppel abflacht und nach unten bewegt. Gleichzeitig dehnt sich der Brustkorb aus, was dazu führt, dass ein Unterdruck in den an der Innenwand der Brusthöhle haftenden Lungenflügeln entsteht. So strömt die Atemluft ein.

Die Ausatmung geschieht meist passiv, zumindest dann, wenn wir völlig entspannt sind: Das Zwerchfell löst sich und wölbt sich wieder nach oben, wodurch die Luft aus der Lunge herausgedrückt wird. Bei Anstrengung oder wenn wir uns sehr auf unseren Atem konzentrieren, können wir das Ausatmen aktiv beschleunigen oder abbremsen, indem wir verschiedene Muskeln im Bauchraum aktivieren.

Wie Gelehrte bereits seit Jahrhunderten wissen, erfüllt die Atmung noch andere Zwecke, als uns lediglich am Leben zu halten ...

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