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, zum Beispiel nachts und in nichtgrünen Pflanzenteilen. Einige Mikroorganismen gewinnen den freien Sauerstoff in Abwesenheit von Luft aus anorganischen Verbindungen durch Denitrifikation. Diesen Prozess nennt man 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 über die Stomata
Atemwege der Säuger
Beim Atmen strömt die Luft durch Mund oder Nase 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 und Stimmbändern 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. Bei der Ausatmung (Exspiration) zieht sich die Lunge wieder zusammen und die Luft strömt durch den Überdruck wieder durch die Atemwege hinaus.
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 Bauchatmung, Brustatmung)
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 Zahl der Ein- und Ausatmungen, die Atemfrequenz (AF), beträgt
| Atemfrequenz (AF)/min | |
| Erwachsene | |
| Jugendliche | |
| Schulkind | |
| Kleinkind | |
| Säugling | |
| Neugeborene |
Atemzugvolumen des Menschen
Das Atemzugvolumen (AZV) beträgt ca. 10 ml / kg KG; so das es bei einem Erwachsenen in Ruhe zwischen 0,5 und 0,8 Liter beträgt.
Atemminutenvolumen des Menschen
Das Atemminutenvolumen (AMV) erechnet sich aus der Multiplikation der Atemfrequenz (AF) und des Atemzugvolumen (AZV):
Totraumvolumen des Menschen
Das Totraumvolumen beträgt ca. 2 ml / kg KG; bei einem Erwachsenen entspricht dies etwa 150 ml.
Atemluft in einem Leben
Ein Mensch atmet durchschnittlich ca. 5.000.000 m³ Luft ein.
Pathologische Atmungsformen
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!)
- Biot-Atmung
- Cheyne-Stokes-Atmung
- Hyperventilation; exklusive psychogene Hyperventilation!
- Kussmaul-Atmung
- 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 oder werden jene Stoffwechselprozesse bezeichnet, die 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.