Unter Atmung (lat.: Respiration) versteht man allgemein den aeroben, das heißt Sauerstoff verbrauchenden Abbau (Dissimilation) von Stoffen zur Energiegewinnung und die damit einhergehende Abgabe von Kohlendioxid. In der Pflanzenwelt findet neben dem Aufbau (Assimilation) auch Atmung statt. Einige Mikroorganismen können ihre Energieäquivalente auch ohne Sauerstoff als Elektronenakzeptor gewinnen, sie bestreiten also eine Anaerobe Atmung.
In der Biologie des Tierreiches wird dabei nach anatomisch/physiologischen und biochemischen Aspekten die äußere von der inneren Atmung (Zellatmung) unterschieden.
Äußere Atmung
Man unterscheidet:
- die Hautatmung, bei der der Gasaustausch über die gesamte Körperoberfläche erfolgt.
- die Kiemenatmung, bei der der Gasaustausch über dünne, durchblutete Hautausstülpungen, die Kiemen, erfolgt. Sie kommt bei vielen Wirbellosen, darunter auch Landtieren, und bei Fischen vor.
- die Tracheenatmung über röhrenförmige Einstülpungen der Körperhaut. Sie kommt bei Insekten, Spinnen und Tausendfüßern vor. Siehe Tracheen.
- die Lungenatmung mit Hilfe von in den Körper eingestülpten Säcken, die als Lungen bezeichnet werden. Sie kommt zum Beispiel bei lungenatmenden Schnecken und bei Amphibien, Reptilien, Vögeln und Säugetieren einschließlich des Menschen vor.
- Gasaustausch der Pflanzen bei der Photosynthese über die Stomata.
Atemwege der Säuger
Beim Atmen strömt die Luft durch Mund (pars orale pharyngis) oder Nase (pars nasale pharyngis) in den Körper. Wird durch die Nase eingeatmet, wird die Luft zunächst durch Haare der Nase und Schleimhäute gereinigt, angefeuchtet und angewärmt. Anschließend gelangt die Atemluft über den Rachenraum vorbei an Kehlkopf (Larynx) und Stimmlippen in die Luftröhre (Trachea).
Die Luftröhre verzweigt sich in die beiden Äste der Bronchien, die sich immer weiter verzweigen (Bronchiolen). Am Ende befinden sich die Lungenbläschen (Alveolen) in der Lunge, durch deren dünne Membran Sauerstoff in die Kapillargefäße übertritt und auf umgekehrtem Weg Kohlendioxid aus dem Blut an die Lunge abgegeben wird.
Atemmechanik der Säuger
Bei der Einatmung (Inspiration) vergrößert sich durch das Zusammenziehen der Brustmuskulatur und des Zwerchfells das Volumen des Brustkorbes. Dabei dehnt sich die Lunge aus und es entsteht ein Unterdruck, Luft strömt durch die Atemwege in die Lunge. Damit sich die Lunge mit dem Brustkorb ausdehnen kann, befindet sich die Pleura zwischen Lunge und Brustkorb beziehungsweise Zwerchfell. Das die Lunge umgebende Lungenfell und die an der Innenseite des Brustkorbs (Brustfell) sowie auf dem Zwerchfell und dem Mediastinum liegende Pleura parietalis kleben dabei aneinander wie zwei Glasplatten, zwischen denen sich eine Flüssigkeit befindet. Das ermöglicht einerseits die Verschiebbarkeit der beteiligten Strukturen und verhindert andererseits durch den im Brustraum vorhandenen Unterdruck einen Kollaps der Lungen beziehungsweise ermöglicht deren Entfaltung.
Beim Einatmen dehnt sich durch Senkung des Zwerchfells die dementsprechende Muskulatur des Rumpfs. Das bewirkt, dass sich zum Beispiel der Bauch dabei nach vorne wölbt (Siehe auch Zwerchfellmechanik, Bauchatmung, Brustatmung).
Bei der Ausatmung (Exspiration) entspannt sich die Atemmuskulatur und die Luft wird durch den entstehenden Überdruck im Brustraum wieder durch die Atemwege hinausgedrückt.
Atemsteuerung der Säuger
Gesteuert wird die Atmung durch das Gehirn beziehungsweise das Atemzentrum im verlängerten Rückenmark. Ausschlaggebend ist dabei die Reaktion von Chemorezeptoren auf den Kohlendioxid-Gehalt (Kohlendioxid-Partialdruck) des Blutes. Übersteigt dieser einen gewissen Schwellenwert, setzt der Atemreiz ein. Rezeptoren die auf den pH-Wert des arteriellen Blutes sowie einen Sauerstoffmangel (Hypoxie) reagieren, haben nur eine zweitrangige Bedeutung als Atemreiz.
Über die sensiblen Fasern des Nervus vagus (Rami bronchales und pulmonales) wird auch die Ausdehnung der Lunge erfasst. Überschreitet diese ein gewisses Maß, so wird die Inspiration reflektorisch begrenzt (Hering-Breuer-Reflex).
Messgrößen
Atemfrequenz des Menschen
Die durchschnittliche Zahl der Ein- und Ausatmungen pro Zeiteinheit, die Atemfrequenz f), beträgt unter Ruhebedingungen
| Atemzüge pro Minute | |
|---|---|
| Erwachsene | |
| Jugendliche | |
| Schulkind | |
| Kleinkind | |
| Säugling | |
| Neugeborene |
Atemzugvolumen des Menschen
Das Atemzugvolumen beträgt ca. 10 ml pro Kilogramm Körpergewicht (m), so dass es bei einem Erwachsenen in Ruhe zwischen 0,5 und 0,8 Liter beträgt.
Atemminutenvolumen des Menschen
Das Atemminutenvolumen ist das Produkt der Atemfrequenz und dem Atemzugvolumen :
Totraumvolumen des Menschen
Das Totraumvolumen ist die Luftmenge, die nicht aktiv am Gasaustausch beteiligt ist, also bei der Atmung im gasleitenden System (Raum zwischen Mund und Lungenbläschen) „stehen bleibt“. Das Totraumvolumen beträgt ca. 2 ml pro Kilogramm Körpergewicht. Bei einem Erwachsenen entspricht dies etwa 150 ml.
Atemluft in einem Leben
Ein Mensch atmet in seinem Leben (68 Jahre) durchschnittlich ca. 300.000 m³ Luft ein. Jährlich atmet ein Mensch somit ca. 350 kg CO2 aus (pro Tag also ca. 1 kg).
Atemdruck
Der Atemdruck des erwachsenen Menschen bewegt sich normalerweise um die 50 mbar, maximal werden ca. 160 mbar erreicht.
Pathologische Atmungsformen
| Klassifikation nach ICD-10 | |
|---|---|
| R06 | Störungen der Atmung |
| R06.1 | Stridor |
| R06.2 | Ziehende Atmung |
| R06.3 | Periodische Atmung |
| R06.4 | Hyperventilation |
| R06.5 | Mundatmung |
| R06.6 | Singultus |
| R06.7 | Niesen |
| R06.8 | Sonstige und nicht näher bezeichnete Störungen der Atmung |
| ICD-10 online (WHO-Version 2019) | |
Die Störungen der Atmung werden in der ICD-10 unter den Symptomen, die das Kreislaufsystem und das Atmungssystem betreffen als R06 zusammengefasst. (Die folgenden Beispiele dienen zunächst nur als Arbeitsgrundlage!)
(Zeichen für zentrale Atemstörung; Atmung typisch für Hirnverletzung (Schädel-Hirn-Trauma, betroffen: Stammhirn), erhöhten Hirndruck oder Meningitis)
(Zeichen für zentrale Atemstörung; Atmung typisch für Hirnverletzung (z.B. Schädel-Hirn-Trauma, betroffen: Großhirn)
- Hyperventilation; exklusive psychogene Hyperventilation!
- Kussmaul-Atmung (Typisch für diabetische Ketoazidose; daraus folgt eine Hyperventilation)
- Mundatmung, Schnarchen
- Obstruktives Schlafapnoe-Syndrom
- Seufzeratmung
- Schnappatmung
- Schluckauf; exklusive psychogener Singultus
- Stridor
Die klinische Atemtherapie befasst sich mit den Krankheiten und Funktionsstörungen von Lunge und Stimmapparat.
Innere Atmung
Hauptartikel: Zellatmung
Als innere Atmung oder Zellatmung werden jene Stoffwechselprozesse bezeichnet, welche dem Energiegewinn der Zellen dienen. Insbesondere versteht man hierunter die biochemischen Vorgänge der Atmungskette in der inneren Membran der Mitochondrien, an deren Ende ATP synthetisiert wird.
Zusammensetzung der Aus- und Einatemluft
Man atmet 78% Stickstoff ein und 78% auch wieder aus.Man atmet 21% Sauerstoff ein und 17% aus.Man atmet ca.0,035%Kohlendioxid ein und 4% aus.Die Edelgase von 1% bleiben 1%.Quelle DLRG.