Die Atmung des Menschen

Synonyme

Lunge, Luftwege, Sauerstoffaustausch, Lungenentzündung, Asthma bronchiale

Englisch: breathing

Definition

Die Atmung wird benötigt um den Körper mit Sauerstoff zu versorgen.
Hierfür nimmt der Körper über die Lunge (Pulmo) den Sauerstoff aus der Luft auf und gibt in in verbrauchter Form als Kohlendioxid (CO2) wieder ab.
Die Regulation der Atmung unterliegt komplexen Steuerungsmechanismen und wird von vielen verschieden Muskelgruppen bewerkstelligt.



Atmungskette

Die Atmungskette ist ein lebenswichtiger Vorgang, welcher sich in den Mitochondrien abspielt. Hierbei geht es im Grunde um Energiegewinnung. Aus Bestandteilen unserer Nahrung, wie Zucker, Fett und Eiweiß, werden vor der Atmungskette sogenannte Reduktionsäquivalente (NADH+H+ und FADH2) gebildet. Diese Reduktionsäquivalente werden dann in der Atmungskette über verschiedene Komplexe zur ATP-Herstellung (Adenosintriphosphat) genutzt.

Die Atmungskette besteht aus 5 Komplexen, welche sich in der inneren Mitochondrienmembran befinden. Vereinfacht gesagt wird über die ersten 4 Komplexe ein Protonengradient aufgebaut. Das bedeutet, dass sich viele Protonen außerhalb der Membran befinden und somit ein Ungleichgewicht entsteht. Um dieses Ungleichgewicht auszugleichen ist die Flussrichtung auf das Innere der Membran gerichtet. Diesen Druck macht sich der 5. Komplex der Atmungskette zunutze und produziert mithilfe des Protonenflusses ATP.

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ATP  ist ein universeller Energielieferant und wird überall in unserem Körper (beispielsweise für Muskelaktivität oder chemische Prozesse in Zellen) benötigt. Insgesamt lassen sich aus einem Zuckermolekül somit 32 ATP herstellen, welche anschließend genutzt werden können. Ist die Atmungskette nicht mehr aktiv, hat dies gravierende Folgen. Sogenannte Cyanide, auch bekannt als Blausäure, hemmen die Atmungskette und verhindern dadurch die Bildung von ATP. Innerhalb kurzer Zeit kommt es dadurch zum Tod.

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Atemmuskulatur

Die Muskulatur, die durch ihre Arbeit für den Lufteinstrom in bzw. Ausstrom aus der Lunge sorgt, nennt man Atemmuskeln.

Der wichtigste Atemmuskel ist das Zwerchfell. Es ist ein quasi ringförmiger, flächiger Muskel, der die Grenze zwischen Brust- und Baucheingeweide bildet und am Rand an der Leibeswand und der Wirbelsäule befestigt ist.
Wenn das Zwerchfell entspannt ist, wölbt sich der mittlere Teil halbkugelartig in den Brustkorb, da hier ein geringerer Druck als im Bauchraum (Abdomen) herrscht. Spannt sich nun die Muskulatur an, senkt sich das Zwerchfell und wird annähernd horizontal-eben. Dadurch vergrößert sich das Volumen im Thorax (Brustkorb) und damit in den Lungen.
Das bedeutet, der Druck in der Lunge ist geringer als in der Luft. Dieser Unterdruck stellt die Antriebskraft für den Lufteinstrom (Einatmung, Inspiration) dar. Auch Teile der Zwischenrippenmuskeln und einzelne Muskeln des Schultergürtels können, abhängig von der Körperhaltung, die Einatmung unterstützen (Atemhilfsmuskulatur).

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Abbildung der Lunge

  1. Rechte Lunge -
    Pulmo dexter
  2. Linke Lunge -
    Pulmo sinister
  3. Nasenhöhle - Cavitas nasi
  4. Mundhöhle - Cavitas oris
  5. Rachen - Pharynx
  6. Kehlkopf - Larynx
  7. Luftröhre (ca. 20 cm) - Trachea
  8. Gabelung der Luftröhre -
    Bifurcatio tracheae
  9. Rechter Hauptbronchus -
    Bronchus principalis dexter
  10. Linker Hauptbronchus -
    Bronchus principalis sinister
  11. Lungenspitze - Apex pulmonis
  12. Oberlappen - Lobus superior
  13. Schräge Lungenspalte -
    Fissura obliqua
  14. Unterlappen -
    Lobus inferior
  15. Unterer Lungenrand -
    Margo inferior
  16. Mittellappen  -
    Lobus medius
    (nur bei der rechten Lunge)
  17. Horizontale Lungenspalte
    (zw. Ober- u. Mittellappen rechts) -
    Fissura horizontalis

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Beispiel: Atemhilfsmuskulatur

Jeder kennt das Bild eines erschöpften Sportlers, der seine Atemhilfsmuskulatur aktiviert, in dem er, vorn über gebeugt, seinen Oberkörper mit den Händen auf den Oberschenkeln abstützt.
Hierdurch erhält die Atemhilfsmuskulatur einen günstigeren Hebelverhältnisse und kann kraftsparend die Lunge gut belüften.

Wenn die Einatmung durch aktive Arbeit geschieht, wäre es sinnvoll, wenn der Körper die geleistete Energie für die Ausatmung nutzen würde.
Und genau das macht der Körper, zumindest in Ruhe. Das Zwerchfell (Diaphragma) entspannt sich, kehrt in seine Ruhelage mit der Wölbung in den Brustraum zurück. Dadurch erhöht sich dort der Druck, die Luft wird aus der Lunge ausgepresst. Wenn die Atemfrequenz steigt, muss die Zeit für die Ausatmung sinken. Dann setzt der Körper seine Ausatemmuskeln ein. Teile der Zwischenrippenmuskeln, aber auch die Bauchmuskulatur sind hier entscheidend.

Alle Muskeln der Atmung

Einatmungsmuskeln (Inspirationsmuskeln)

  • Zwerchfell (Diaphragma) = wichtigster Atemmuskel
  • Musculi intercostales externi (äußere Zwischenrippenmuskeln)
  • Musculi levatores costarum (Rippenheber)
  • Musculi scaleni
  • Musculus serratus posterior superior
  • Musculus serratus anterior (vorderer Sägemuskel)
  • Musculus rectus abdominis (gerader Bauchmuskel)

Ausatemmuskeln (Exspirationsmuskeln)

  • Musculi intercostales interni et intimi (innere Zwischenrippen- muskeln)
  • Bauchmuskeln
  • Musculus serratus posterior inferior
  • Musculus retractor costae
  • Musculus transversus thoracis
  • Musculus subcostalis

Aufbau Thorax

  1. Schlüsselbein
  2. Rippe
  3. Lunge
  4. Brustwand
  5. Herz
  6. Zwerchfell
  7. Leber
  8. Mediastinum
  9. Hautschlagader (Aorta)
  10. Obere Hohlvene (Vena cava)

Bronchialmuskulatur

Die Bronchialmuskulatur hat eine Art Steuerungsfunktion für die Verteilung der Atemluft auf die einzelnen Abschnitte. Sie ist meist spiralig um die Luftwege angeordnet und besonders zahlreich in den kleinen und mittelgroßen Bronchien.
Das macht Sinn, da die Wände mit zunehmender Entfernung vom Hals weniger Knorpel besitzen und so durch Kontraktionen deutlich stärker in ihrem Durchmesser verändert werden können. In den Bronchien, in die viel Luft hingelangen soll, entspannen sich die Muskeln, der Durchmesser der Bronchien weitet sich. Im umgekehrten Fall sorgt eine Anspannung der Muskulatur für einen verminderten Durchmesser und damit für eine geringere Belüftung des Lungenabschnitts.

Eine größere, wenn auch nicht unbedingt gewollte Rolle spielt die Bronchialmuskulatur beim Ausatmen. Ist die Muskulatur angespannt und damit der Durchmesser des Bronchius eng, kann es sein, dass in der Phase der Ausatmung nicht genug Luft aus den Lungenbläschen ausströmen kann. Nun kommt während der nächsten Einatmung weitere Luft dazu, die bei der nächsten Atmung nicht ausreichend ausströmen kann. Dieser Mechanismus wird obstruktive (=verschließende) Lungenfunktionsstörung genannt. Auf die Dauer leiern die betroffenen Lungenbläschen regelrecht aus- man spricht in diesem Falle von einem Lungenemphysem.

Jetzt kann man sich natürlich fragen, warum bei der Einatmung mehr Luft hinein kommt, als während der Ausatmung ausströmen kann. Der Grund ist folgender: Bei der Einatmung herrscht Unterdruck in der Lunge, der natürlich auch auf die Bronchien aufdehnend wirkt. Die Ausatmung wird durch einen Überdruck in der Lunge ausgelöst- dieser Überdruck presst auch die Atemwege zusammen.

Die Bronchialmuskulatur ist vom Typ der sogenannten glatten Muskulatur. Das bedeutet, sie arbeitet ohne bewusste Steuerung sondern erhält ihre Impulse durch das vegetative (autonome) Nervensystem.

Die beiden Anteile des vegetativen Nervensystems (sympathisches Nervensystem (kurz:Sympathikus) - parasympathisches Nervensystem (kurz: Parasympathikus)) haben einen widersinnigen Effekt.
Wie bei allen Verbindungen zwischen Nerven und Muskeln gilt auch hier, dass der jeweilige Effekt am Muskel über Eiweiße der Zellmembran (Rezeptoren) vermittelt wird, die über eine Formänderung das Signal der Nerven in Muskelerregung oder Entspannung umwandeln können.

Bei Stress und körperlicher Arbeit wird durch das sympathische Nervensystem ein Signal für Entspannung der Bronchialmuskulatur und dadurch zu einer Aufweitung der Luftwege (Bronchodilatation) gegeben. Dieses wird über sogenannte Beta-2-Rezeptoren, die auf der Zellmembran der Muskelzellen sitzen, vermittelt.
Bei Luftnot (Dyspnoe), bedingt durch eine erhöhte Anspannung der Bronchialmuskulatur, gibt man spezielle Medikamente (Beta-2-Sympathikomimetika), die zu einer Linderung der Beschwerden führen, da sie den Effekt des sympathischen Nervensystems auf die Rezeptoren nachahmen (mimetisch = nachahmen).

Der Parasympathikus, der bei Ruhe und Schlaf aktiv ist, führt zu einer Anspannung der Muskeln und damit zu einer Verengung der Luftwege (Bronchokonstriktion).

Es gibt noch weitere Substanzen, die eine Anspannung der Bronchialmuskeln auslösen können, die wichtigste ist Histamin. Dieses Histamin wird von speziellen Abwehrzellen (sogenannten Mastzellen) im Rahmen einer allergischen Reaktion ausgeschüttet. Die Menge des Histamins ist meist so groß, dass die Muskulatur verkrampft. Dadurch wird die Atmung des Patienten lebensgefährlich erschwert. Dieser Zustand ist bekannt als asthmatischer Anfall (Asthmaanfall).

Unterschied der Atmung beim Erwachsenen und Baby

Die Atmung bei einem Baby und einem Erwachsenen unterscheidet sich in gewissen Aspekten. Der Mechanismus der Atmung ist aber gleich. Innerhalb des Mutterleibes ist die Lunge des Babys flüssigkeitsgefüllt. Das sauerstoffreiche Blut der Mutter versorgt zu dem Zeitpunkt das Baby.

Ab der Geburt atmet das Baby wie Erwachsene durch das Ausdehnen und Zusammenziehen der Lunge. Die Frequenz der Atmung ist bei Babys im Vergleich zu Erwachsenen erhöht. Während ein erwachsener Mensch etwa 12-15 Atemzüge pro Minute vollzieht, atmet ein Neugeborenes etwa 40 Mal pro Minute.

Bei einem Säugling sind etwa 30 Atemzüge pro Minute feststellbar. Das mag auf den ersten Blick viel erscheinen und einige Eltern erschrecken, die schnelle Atmung ist jedoch völlig normal. Was ebenfalls zu Besorgnis führen kann, sind Atemgeräusche. Während Erwachsene kaum Atemgeräusche von sich geben und in der Regel bei einer Erkrankung ein Pfeifen oder Rasseln zu hören ist, kann es bei Babys häufiger der Fall sein, dass man Geräusche beim Atmen hört.

Das liegt daran, dass der Schleim vom Baby schlecht abtransportiert und entfernt werden kann. Erwachsene Menschen putzen sich beispielsweise häufiger die Nase, während bei einem Baby der Schleim in der Nase verbleibt und damit zu Geräuschen führen kann. Abgesehen davon gibt es keine Unterschiede in der Atmung.

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Atmung wenn die Wehen einsetzen

Das einsetzen der Wehen kündigt das Bevorstehen der Geburt an. Im Verlauf kommen die Wehen dann in immer kleiner werdenden Abständen. An dieser Stelle ist es trotzdem wichtig, ein gewisses Atemschema einzuhalten. In diesem Fall ist es ratsam zu Beginn einer Wehe tief in den Bauch einzuatmen und die Luft anschließend langsam wieder herauszulassen.

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Häufig hilft es den gebärdenden Frauen bestimmte Laute wie „Aaah“, „Uhhh“ oder „Ohh“ von sich zu geben, um das langsame, kontrollierte Ausatmen der Luft zu unterstützen. Außerdem wird dazu geraten, durch die Nase einzuatmen und durch den Mund wieder auszuatmen.

Atmung bei der Geburt

In der Übergangsphase der Geburt, also wenn nach dem Einsetzen der Wehen ein Druck auf dem Beckenboden spürbar ist, soll noch kein Druck erzeugt werden, welcher das Baby herauspresst. Aus diesem Grund wird während der Übergangsphase der Geburt zu einer „Hechelatmung“ geraten. Hierbei wird in vielen kleinen Atemstößen ausgeatmet.

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In der Austreibungsphase der Geburt soll aktiv gepresst werden. Meistens wird dann vor dem Pressen tief eingeatmet und nach dem Pressen wieder aus. Es ist jedoch wichtig, die Luft nicht zu lange anzuhalten, um die Sauerstoffversorgung zu gewährleisten.Auf der anderen Seite sollte auch nicht zu schnell geatmet werden, da es sonst zu einer Hyperventilation und Problemen mit dem Kreislauf kommen kann. In den meisten Fällen klappt die Atmung jedoch ganz intuitiv oder unter Anleitung sehr gut. Auch die Tipps und Übungen in Geburtsvorbereitungskursen können vielen Frauen bei der Geburt helfen.

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Atmung beim Joggen

Die Atmung beim Joggen ist ein Thema, welches in der Sportwelt stark diskutiert wurde.  Früher hat man dazu geraten, einen strikten Atemrhythmus (etwa 2 Schritte Einatmung, 3 Schritte Ausatmung) einzuhalten. Heutzutage ist man davon überzeugt, dass ein fester Rhythmus die Läufer eher einschränkt und zu Problemen führt. Mittlerweile wird vor allem zur Bauchatmung geraten. Die Bauchatmung wird durch das Zwerchfell angetrieben, welches sich zusammenzieht und damit die komplette Lunge ausdehnt.

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Durch die Brustatmung wird hingegen hauptsächlich der obere Anteil der Lunge entfaltet. Dadurch wird das Volumen der Lunge nur unzureichend genutzt. Es wird sogar empfohlen die Bauchatmung außerhalb des Joggens, beispielsweise mit Yoga, zu trainieren. Abgesehen davon wird empfohlen, sowohl durch die Nase als auch durch den Mund zu atmen. Die Nasenatmung hat den Vorteil, dass über die Schleimhäute der Nase die Luft angewärmt und angefeuchtet wird. Durch den geringen Durchmesser der Atemwege der Nase ist jedoch das Atemvolumen eingeschränkt. Bei der Atmung durch den Mund lässt sich ein höheres Atemvolumen umsetzen, es kommt jedoch auch häufiger zu einem trockenen Rachen.

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Atmung beim Kraulen

Das Kraulen ist eine spezielle Schwimmtechnik, bei der der Schwimmer seinen Kopf unter Wasser hat und zum Luftholen sein Gesicht an die Wasseroberfläche dreht. Hierbei soll der Atemakt in einer möglichst kurzen Zeit stattfinden, da der Kopf über Wasser einen höheren Widerstand hat und den Schwimmer somit langsamer macht. Der Kopf bricht also seitlich die Wasseroberfläche und der Schwimmer atmet ein. Wenn es um Schnelligkeit geht, wird meistens durch den Mund eingeatmet, da über die Mundatmung ein größeres Luftvolumen in kürzerer Zeit geatmet werden kann.

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Schwimmt man jedoch eher lange Strecken, kann es schnell zu einem trockenen Mund-Rachen-Raum kommen. In diesem Fall sollte eher durch die Nase eingeatmet werden. Das Ausatmen beim Kraulen findet unter Wasser statt. Es ist nicht nötig den Kopf über die Wasseroberfläche zu heben und würde einen unnötigen Zeitverlust bedeuten.

Atmung bei Angst

Angst hat jeder Mensch schon einmal verspürt. Das Herz fängt an zu rasen und der Brustkorb fühlt sich eingeengt an. Auch die Atmung wird schneller und flacher. Manchmal hält man die Luft aus Angst sogar an. Es gibt jedoch auch Atemübungen, welche gegen die Angst helfen. Durch das Anwenden der Atemtechniken fängt man an sich zu entspannen und überlässt der Angst nicht so eine große Kontrolle über seinen Körper. Zuerst ist es wichtig bewusst langsamer zu atmen. Ein erwachsener Mensch atmet etwa 12 bis 15 Mal pro Minute, in einer Angstsituation meistens noch häufiger.

Man sollte versuchen auf eine Frequenz von etwa 6 Atemzügen pro Minute zu kommen. Damit geht einher, dass man sehr langsam und tief ein- und ausatmet. Nach dem Ausatmen kann man auch eine kurze Atempause einlegen, bis man wieder den Drang verspürt einzuatmen. Um die Ausatmung zu verlangsamen ist es hilfreich, durch die leicht geschlossenen Lippen auszuatmen und die Luft dadurch abzubremsen. Eine lange Ausatmung ist nämlich besonders hilfreich, um seine Atmung zu regulieren und sich entspannen zu können.

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Ideale Atmung zum Einschlafen

Seit einiger Zeit ist die sogenannte 4-7-8-Atemtechnik als Einschlafhilfe sehr populär geworden. Es handelt sich dabei um eine besondere Atemtechnik, welche von dem amerikanischen Arzt Dr. Andrew Weil entwickelt wurde. Sie orientiert sich an Atemübungen aus dem Yoga und soll einen sehr entspannenden Effekt haben, sodass man innerhalb kurzer Zeit einschlafen kann. Die Vorteile dieser Übung sind, dass sie kostenlos und ohne Hilfsmittel durchzuführen ist und weniger als eine Minute braucht.

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Hierbei wird zuerst vier Sekunden lang durch die Nase eingeatmet. Anschließend soll die Luft für 7 Sekunden angehalten werden. Schlussendlich soll die Luft innerhalb von 8 Sekunden wieder ausgeatmet werden, während man die Zungenspitze an den Gaumen, also hinter die oberen Schneidezähne, legt. Durch diese Übung wird der Puls gesenkt und man entspannt sich. Dadurch fällt es vielen Menschen leichter, schnell einzuschlafen. Alternativ gibt es noch andere Übungen, um schnell einzuschlafen. Die Grundidee ist immer, dass man sich auf seine Atmung konzentriert und bewusst atmet.

Dadurch wird man zum einen gezwungen, seine Gedanken und Sorgen zu ignorieren, welche einen vom Schlafen abhalten. Außerdem hat eine bewusste, ruhige Atmung einen entspannenden Effekt. Man kann beispielsweise seine Hände auf den Brustkorb oder den Bauch legen und bewusst langsam von oben nach unten einatmen. Hierbei sollte die Atmung wie eine Welle von oben nach unten fließen. Anschließend lässt man die Luft von unten nach oben wieder heraus. Wichtig ist, mit den Händen die Bewegung der Atmung zu spüren und sich darauf zu fokussieren.

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Lungenerkrankungen

Asthma

Es gibt verschiedene Formen des Asthmas (Asthma bronchiale). Die häufigste Form ist das allergische Asthma. Hierbei kommt es durch einen Allergie auslösenden Reizstoff (Allergen) zu einer Histamin (s.o.) vermittelten Engstellung der Lungenäste (Bronchien). Charakteristisch ist, dass die eingeatmete Luft die Lunge nicht mehr verlassen kann. Charakteristisches Krankheitszeichen ist die Luftnot.
Weitere Informationen erhalten Sie unter unserem Thema: Asthma

Lungenentzündung

Die Lungenentzündung (Pneumonie) wird meistens durch Bakterien verursacht. Entzündliche Infiltrate (Abwehrzellen und Bakterien) führen zu Ausfüllung der Lungenbläschen, die dann nicht mehr für den Gasaustausch zur Verfügung stehen.

Charakteristische Krankheitszeichen sind:

  • Fieber
  • Husten
  • Luftnot

Weitere Informationen erhalten Sie unter unserem Thema: Lungenentzündung

COPD

Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (Pulmo)erkrankung (engl. Desease) wird insbesondere durch Rauchen verursacht. Insbesondere die Einatmung der Luft ist durch dauerhafte Engstellung der Bronchien erschwert. Ihre charakteristischen Krankheitszeichen sind Luftnot, Auswurf, Husten.

Weitere Informationen erhalten Sie unter unserem Thema: COPD

Lungenkrebs

Auch der Lungenkrebs wird hauptsächlich durch Rauchen verursacht und führt in den meisten Fällen zum Tod des Patienten. Typische, für den Lungenkrebs einzigartige Krankheitszeichen, gibt es nicht.

Weitere Informationen erhalten Sie unter unserem Thema: Lungenkrebs

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