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ATEMPHYSIOLOGIE - restlos alles Wissenswerte für Yogaprofis, Yogaschüler und Interessierte

In diesem Artikel wurde alles zusammengetragen, was die Medizin über die Funktionsweise des Atems kennt. Du kannst Dir für Dich das heraussuchen, was Dich gerade interessiert. Du wirst dabei erfahren, dass der Atem ein unendliches Wissensgebiet ist und immer spannend bleibt. Atem ist Leben. Der Atem steht im Mittelpunkt aller übrigen Körperfunktionen und ebenso verbindet er unseren Körper mit unserem Denken und Fühlen. Einige Abschnitte habe ich mit meinen Erfahrungen als Atemtherapeut ergänzt.

 

Die Begriffe Atmung bzw. Respiration (lat.: respirare) bezeichnen die Gesamtheit der physiologischen Vorgänge zum Gasaustausch der Atemgase im gesamten Organismus.
Der Begriff Atmung ist allgemein gebräuchlich für die sogenannte "Lungenatmung", dem Gasaustausch zwischen Organismus und Umwelt über die Lunge. Dagegen beschreibt die sogenannte "Zellatmung" die Nahrungstoffoxidation in den Mitochondrien der Zelle. 

Bei der "Lungenatmung" unterscheidet man folgende Vorgänge:
1. Ventilation: Belüftung der Lungenalveole im Wechsel von Inspiration und Expiration
2. Diffusion: Sauerstoffaufnahme und Kohlendioxidabgabe über die alveolokapilläre Membran.
 3. Perfusion: Durchblutung der pulmonalen Blutgefäße und Transport der Atemgase.

Über die sogenannte "Zellatmung" erfolgt die Energiegewinnung in den Mitochondrien der Zellen. Dort wird über die Oxidation von Kohlenhydraten und Fetten in der Atmungskette chemisch gebundene Energie für Stoffwechselprozesse und muskuläre Arbeit gebildet.
Der Gasaustausch über die Membranen sowie der gesamte Gastransport ist ein sehr komplexes Systems.

 

Fast jedes Lebewesen ist auf einen permanenten Gasaustausch angewiesen. Bei der Einatmung wird über Mund und Nase, den Rachen, die Luftröhre und die Lungen zunächst Sauerstoff (O2) aufgenommen und im Körper verbraucht. Das dabei entstandene Kohlendioxid (CO2) wird bei der Ausatmung auf gleiche Weise an die Umgebung abgegeben.

Die Atmungsorgane

Die Atmungsorgane ermöglichen durch den rhythmischen Prozess der Ventilation die Aufnahme und die Abgabe der Atemgase, die für die Verbrennungsvorgänge des Stoffwechsels zur Energiegewinnung innerhalb der Körperzellen benötigt werden. Die Luftwege stellen die Verbindung zwischen Umwelt und Lunge her. Man unterscheidet obere und untere Luftwege.

 

Nasenhöhle und Rachen (Pharynx) bilden die oberen Luftwege. Die unteren Luftwege bestehen aus Kehlkopf (Larynx), Luftröhre (Trachea), Luftröhrenästen (Bronchien) und Lungenbläschen (Alveolen).

 

Die Luftwege verzweigen sich - wie die Äste eines Baumes - in mehrere Generationen. Nur die letzten sieben Verzweigungsgenerationen tragen Alveolen und dienen somit dem Gasaustausch. Alle vorgeschalteten Luftwege dienen der Zuleitung, Verteilung Anfeuchtung, Anwärmung und Reinigung der Atemluft und werden als "anatomischer Totraum" bezeichnet. Das bedeutet, dass in diesen Luftwegen kein Gasaustausch stattfindet.

 

Die Nasenhöhle 

Eingeatmete Luft gelangt durch die vorderen Nasenlöcher und den Nasenvorhof in die eigentliche Nasenhöhle und verlässt diese durch die hinteren Nasenlöcher in den Rachenraum. Die Nasenhöhle ist ein spitzgiebeliger Raum der durch teils knöcherne, teils knorpelige Nasenscheidewand der Länge nach in linke und rechte Nasenhöhle geteilt wird. Sie grenzt an Gaumen, Nasennebenhöhlen und die Schädelbasis. Der gesamte Raum der Nasenhöhle ist mit Schleimhaut ausgekleidet. Charakteristisch für die Nasenschleimhaut ist ein mehrreihiges Epithel, das dicht mit Flimmerhaaren besetzt ist. Im Bindegewebe unterhalb des Epithels befindet sich ein ausgedehntes Drüsengewebe das den Nasenschleim absondert, der die Atemluft anfeuchtet. In der oberflächlichen Schleimschicht bleiben auch Fremdkörper hängen. Sie werden durch Wellenbewegungen der Flimmerhaare mit gleichmäßiger Geschwindigkeit von etwa 1cm pro Stunde in Richtung Rachen transportiert. Die stark durchblutete Schleimhaut gibt die Wärme an die vorbeiströmende Luft ab.

Außerdem wird die eingeatmete Luft schon hier in ein spiralförmiges Fließen gebracht, dass sich durch die Bronchien und Bronchiolen fortsetzt bis hin zu den Alveolen. Diese Bewegung begünstigt eine bessere Ausnutzung des Atems und stellt zugleich eine Dynamisierung dar, die das Energiepotential des Atems erhöht. ( Bhajan Noam) 

 

Der Rachen (Pharynx)

Der Rachen (Pharynx), verbindet den Nasenraum, Mundraum und den sich anschließenden Luft- und Speiseweg. Er reicht von der Schädelbasis bis zum Beginn der Speiseröhre. Er lässt sich in den oberen (Epipharynx), mittleren (Mesopharynx), und unteren (Hypopharynx) Rachenraum gliedern. Im oberen Rachenraum mündet beiderseits die Ohrtrompete (Tuba auditiva). Sie verbindet als ein schlauchförmiger Gang Rachen und Paukenhöhle des Mittelohrs. Entzündungen im Bereich des Rachens können daher auf das Mittelohr übergreifen. Am Rachendach befindet sich die Rachenmandel, eine Anhäufung vom lymphatischem Gewebe, die bei Kindern oft sehr stark entwickelt ist unter Umständen die Nasenatmung behindern kann. Zwischen dem Epi- und Mesopharynx befindet sich die Gaumensegel die beim Schlucken angehoben wird und so den luftführenden Epipharynx gegen den speisehaltigen Mesopharynx abdichtet. Im Hypopharynx grenzt der hintere Abschnitt der Zunge - der Zungengrund - direkt an den Kehldeckel (Epiglottis) an.

  

Der Kehlkopf (Larynx)

Der Kehlkopf schließt an den Rachen nach vorn unten an. Das knorpelige Kehlkopfskelett besteht aus Schildknorpel, Kehldeckel, Ringknorpel und den paarigen Stellknorpel. Sie sind durch die Muskulatur und eine, aus Bindegewebe bestehenden Membran verbunden. Diese Membran verbindet nach oben den Kehlkopf mit dem Zungenbein. Kehldeckel (Epiglottis) ist eine Knorpelplatte die nach oben den Kehlkopfeingang verschließen kann. Schildknorpel und Ringknorpel haben die Aufgabe das Kehlkopflumen beständig offenzuhalten. Zwischen der Rückseite des Schildknorpels und den Stellknorpeln spannen sich, von Schleimhaut überzogen die Stimmbänder.

 

Funktionen des Kehlkopfs:

- Stimmbildung

- Durchgang für die Atemluft

- Hustenreflex als Schutz der unteren Atemwege

Betrachte einmal auf einer anatomischen Karte Diese Einheit Kehlkopf/Eustachische Röhre/Innenohr und vergleiche dies mit der Einheit Gebärmutter/Eileiter/Ovarien. Du wirst eine große Formenähnlichkeit entdecken, die darauf hindeutet, dass hier ein funktionaler und energetischer Zusammenhang besteht, der Inder Tat gegeben ist. Gebärenden wird gelegentlich gesagt, wenn der Mund und die Kehle nicht entspannt ist (d.h. wenn die Gebärende nicht Stöhnen oder Schrei von sich gibt), geht auch der Muttermund nicht auf. Beachte diesen Zusammenhang auch beim Yoga (Bhajan Noam)

 

Die Luftröhre (Trachea) 

Die Luftröhre (Trachea) beginnt unter dem Ringknorpel und reicht bis zu ihrer Gabelung (Bifurcatio tracheae) in die beiden Hauptbronchien. Sie ist etwa 10-15 cm lang und hat einen Durchmesser von 1,5-2,5 cm. Die Luftröhrenwand besteht aus hufeisenförmigen, nach hinten offenen Knorpelspangen, zwischen den sich elastische Ringbänder befinden. Die elastischen Bänder ermöglichen eine Dehnung der Luftröhre in Längsrichtung. Die Hinterwand besteht aus eine flexible Muskel- und Bindegewebsplatte, die jedoch kein Knorpel enthält. Die Hauptaufgabe der Luftröhre besteht in der Luftleitung zu den gasaustauschenden Oberflächen der Lunge.

 

Die Bronchien und Bronchiolen 

Etwa in Höhe des 4. Brustwirbels geht die Luftröhre in einen linken und einen rechten Hauptbronchus über , die sich weiter in die Lappenbronchien aufzweigen. Rechts entstehen drei , links zwei Lappenbronchien . Diese spalten sich zu Peripherie hin weiter wie Äste eines Baumes in kleinere Bronchien. Unter weiterer Verzweigung der Bronchien bilden sich schließlich die Bronchiolen. Die Hauptbronchien besitzen noch denselben Aufbau wie die Trachea wobei die Form der Knorpelspangen mit zunehmender Verzweigung unregelmäßiger wird. Kleinste Bronchien und Bronchiolen besitzen kein Knorpelgerüst mehr. Die wand der Bronchiolen enthält überwiegend glatte Muskulatur. Die innere Oberfläche der Bronchien besteht aus Flimmerepithel und die Schleimhaut enthält zahlreiche Schleimdrüsen. Die Flimmerhaare des Epithels transportieren durch ihre rhythmische Bewegung eine oberflächliche Schleimschicht die Staubpartikel, Bakterien usw. enthält, in Richtung Trachea. Dieser Mechanismus dient der "Selbstreinigung" der Lunge.

 

Die Lungenbläschen (Alveolen) 

Den Bronchiolen sitzen sack- oder gangartige Gänge an, deren Wände aus dünnen, schalenartigen Ausbuchtungen, den Alveolen, bestehen. In den ca. 300 Millionen Alveolen findet der Gasaustausch statt. Die gesamte Oberfläche, an welcher der Gasaustausch stattfindet, beträgt beim Menschen etwa 80m2 und ist somit ca. 40mal größer als die Körperoberfläche. Die Alveolar-Wände sind sehr dünn und werden von einem dichten Netz von Lungenkapillaren umschlossen. Die Endkapillaren der Lungenarterie führen der Lunge sauerstoffarmes Blut zu. Nach erfolgtem Gasaustausch fließt das sauerstoffreiche Blut über die Lungenvenen zum linken Vorhof des Herzens.

  

Atemmuskulatur 

Für die Ein- und Ausatmung steht eine Reihe von Atemmuskeln zur Verfügung. Man unterscheidet Hauptatemmuskeln und Atemhilfsmuskeln. Zu den Hauptatemmuskeln gehören das Zwerchfell (Diaphragma) sowie die inneren (Mm. intercostales interni) und äußeren Zwischenrippenmuskeln (Mm. intercostales externi).

Bei verstärkter Ein- und Ausatmung treten die Atemhilfsmuskeln in Aktion:

Bei der Einatmung unterstützen u. a. der kleine und große Brustmuskel (M. pectoralis minor et major), der vordere Sägemuskel (M. serratus anterior) und der Kopfwender (M. sternocleido-mastoideus).

Die Ausatmung wird in erster Linie durch die Bauchmuskeln (M. rectus abdominis, M. obliquus externus und M. obliquus internus abdominis) einschließlich dem viereckigen Lendenmuskel (M. quadratus lumborum) und dem breiten Rückenmuskel (M. latissimus dorsi) unterstützt.

Beim Zwerchfell, das eine kuppelartige Form hat, muss noch hinzugefügt werden, dass unter ihm der sogenannte "Organring" anliegt. Dieser Organring besteht aus den beiden Nieren, der Milz, der Bauchspeicheldrüse, dem Magen und der Leber. Diese lebenswichtigen Organe sind in unmittelbarem Kontakt mit dem Zwerchfell und werden durch dessen massierende Bewegung gut durchblutet und in ihrer Funktion gestärkt. Im Umkehrschluss heißt dies, wenn wir keine Zwerchfellbewegung haben, werden auch diese Organe mangelhaft durchblutet und auf Dauer geschwächt. Zwerchfellatmung ist weit mehr, als nur ein vertiefter Atem, der uns besser mit Sauerstoff versorgt. (Bhajan Noam)

                                                                                                                                 

Atemmechanik 

Ein- und Ausatmung basieren auf der Druckdifferenz zwischen Alveolen und Umwelt. Der Druck in den Alveolen (intrapulmonal Druck) muss während der Einatmung (Inspiration) niedriger, bei der Ausatmung (Expiration) höher sein als der Umgebungsdruck. Bei der Inspiration wird dabei aktiv durch muskuläre Arbeit ein Unterdruck im Brustkorb (Thorax) erzeugt. Durch muskuläre Hebung des Brustkorbs (äußere Interkostalmuskulatur, M. scaleni, Atemhilfsmuskulatur) sowie durch Anspannung (Abflachung) des Zwerchfells kommt es zur Vergrößerung des Thoraxraums und eine Zunahme des Lungenvolumens. Überwiegt bei der Inspiration die Brustkorbhebung so spricht man von Brustatmung, bei Überwiegen der Zwerchfellkontraktion von Bauchatmung.

 

Die Ausatmung geschieht bei ruhiger Atmung durch Rückstellungskräfte (Eigenelastizität der Lunge) weitgehend passiv. Sie kann durch die Muskeln der Bauchdecke (Bauchpresse mit Verdrängung vom Zwerchfell nach oben) oder durch die innere Interkostalmuskulatur aktiv unterstützt werden. Um die Bewegung von Thorax und Zwerchfell folgen zu können, dabei aber an beiden nicht vollständig fixiert zu sein, ist die Lunge durch eine Flüssigkeitsschicht im Pleuraspalt, von der Thoraxwand getrennt.

 

Die Lunge hat infolge ihrer Eigenelastizität das Bestreben sich zusammenzuziehen. Die Flüssigkeit im Pleuraspalt ist nicht dehnbar womit die Lunge an der Thoraxinnenfläche haften bleibt. Dadurch wird einerseits das Zusammenziehen der Lunge verhindert, andererseits eine reibungslose Ausdehnung bei der Inspiration ermöglicht.

Der im Pleuraspalt bestehender Druck ist in Atemruhelage gegenüber Umgebungsdruck (atmospherischer Druck) negativ und beträgt etwa -0,5 kPa. Während Ruheatmung bei Inspiration beträgt er etwa -0,7 kPa und während der maximalen Inspiration ca. -2,5 kPa. Nur in der maximalen Expirationslage kann er positive Werte erreichen.

Dieser Abschnitt besagt, dass der Atem eigentlich kein aktives Geschehen ist, sondern dass wir, wie es auch Goethe erkannte, geatmet werden. Die Eigenelastizität des Lungengewebes bietet zwar dem atmosphärischen Druck einen Widerstand (das muss so sein, sonst würden wir uns beständig in der Einatemphase befinden), doch unsere rhythmisch geschehende, bewusste oder unbewusste Hingabe (in der diese Elastizität nachgibt) erlaubt es der Atemluft in uns einzudringen und danach wieder zu gehen. (Bhajan Noam)

  

Ventilation 

Die Ventilation (lat.: ventilare = Belüftung) umfasst die Luftbewegungen durch die Atemwege im Wechsel von Inspiration und Expiration.

 

Bei der normalen Atmung werden bei jedem Atemzug etwa 0,5 l Luft (AZV) aufgenommen. Zusätzlich können unter körperlicher Anstrengung noch ca. 2,5l eingeatmet und ca. 2,0l ausgeatmet werden (Reservevolumen). Diese vital nutzbaren Atemvolumina schwanken je nach individuellen Voraussetzungen (Alter, Größe, Konstitution, Trainingszustand) stark (ca. 2,5-7l) ohne pathologisch sein zu müssen.

 

In den Luftwegen (bis Nasenausgang!) verbleibt nach maximaler Ausatmung noch ein Residualvolumen von etwa 1,5l welche für Anfeuchtung und Erwärmung der Atemluft sowie für die Stimmbildung notwendig ist.

 

Neben den anatomisch bedingten statischen Atemvolumina werden vor allem die dynamischen Parameter zur Einschätzung von Ventilationsstörungen genutzt. Da die meisten Ventilationsstörungen unterhalb des Kehlkopfes liegen werden vor allem die dynamischen Werte der Ausatmung bestimmt.

  

Diffusion 

Die Diffusion (griech.: diffundere) beschreibt den Stoffaustausch bei Vorhandensein eines Konzentrationsgefälles. Der Sauerstoff wird per Konvektion (Strömung der Luft) aus der Umgebung in die Lunge befördert. Durch die Diffusion über die alveolare Membran werden Sauerstoff und Kohlendioxid zwischen Alveolarluft und Blut ausgetauscht. Die Partialdruckdifferenzen sind die treibende Kraft der Diffusion. Im Durchschnitt herrschen in den Alveolen ein PO2 (Partialdruck des O2) von 100 mmHg und ein PCO2 (Partialdruck des CO2) von 40 mmHg. In den, an die alveolare Membran grenzenden Blutkapillaren betragen der PO2 40 mmHg und PCO2 46mmHg. Die letzten beiden Werte werden durch die Diffusion an die alveolare Partialdrücke angeglichen. Das endkapilläre Blut, dass die Kapillare verlässt, hat praktisch denselben PO2 und PCO2 wie das Alveolargas.

 

Die Diffusionskapazität M bei der Atmung wird dabei proportional durch

Palv-PBlut= Partialdruckdifferenz

A= Diffusionsfläche

S= Diffusionsstrecke

T= Kontaktzeit

1/D= Durchlässigkeit

MxT = SxA (PAlveole-PBlut)/D

beeinflusst.

 

Hindernisse sind der Diffusionsweg durch die Membran von etwa 1-2µm und die Kontaktzeit von Erythrozyten und Alveole von etwa 75 ms. Die Kontaktzeit kann sich - unter starker, körperlicher Belastung - bis auf 1/3 des Ruhewertes senken. Die Partialdruckdifferenz für Kohlendioxid ist zwar geringer als für Sauerstoff jedoch ist die Diffusionsgeschwindigkeit des CO2 ca. 20 mal größer. CO2 diffundiert somit erheblich leichter durch die Alveolarmembran als O2.

Je entspannter wir durch Yoga, Pranayama und Meditation werden, umso effektiver geschieht auch die Diffusion. Entspannung betrifft niemals nur die Muskulatur, sie setzt sich, je tiefer sie wird, fort bis in das Zellgeschehen hinein und macht so die Zellmembrane schwingungsfähiger und durchlässiger. (Bhajan Noam) 

 

Perfusion 

Die Perfusion (lat.: perfundere = durchströmen) bezeichnet die Durchblutung der Organe. Die Lunge ist am stärksten durchblutete Organ des Körpers, da der rechte Ventrikel im Schnitt genau so viel Blut durch die Lunge (kleiner Kreislauf) pumpt wie der linke Ventrikel durch den großen Kreislauf. Das Herzzeitvolumen beträgt dabei etwa 5 l/min. Der pulmonale vaskuläre Widerstand ist aber deutlich kleiner als der totale periphere Widerstand im großen Kreislauf. Die Druckbelastung des rechten Herzens ist damit geringer.

                                                                                                                              

Infolge der Schwerkraft ist der Blutdruck in den oben gelegenen Lungenabschnitten geringer als in den unteren. In einzelnen Bereichen nahe der Lungenspitze ist der Druck in den Alveolen größer als der Druck in den Blutkapillaren. Die Blutkapillaren werden dann zusammen gedrückt und infolge dessen nicht durchblutet. Andrerseits sind die Kapillaren an der Lungenbasis stets durchblutet. Demnach nimmt die Perfusion der Lunge von der Spitze zu Basis zu. Auch im liegen sind die unten liegenden Lungenabschnitte besser Durchblutet als die oben liegende, wobei die Unterschiede aufgrund der geringen Höhendifferenz weniger ausgeprägt sind.

 

Eine Senkung des O2-Partialldrucks in den Alveolen führt zur Konstriktion der sie versorgenden Blutgefäße. Dieser Mechanismus der die Alveolardurchblutung reguliert wird hypoxische pulmonale Vasokonstriktion (HPV) genannt. Damit wird die Durchblutung der schlecht belüfteten Alveolarbezirke gedrosselt um besser belüfteten Alveolarbezirken mehr Blut für den Gastransport zu Verfügung zu stellen. Die hypoxische pulmonale Vasokonstriktion ist eine Besonderheit der Lungenstrombahn da eine Hypoxie in den Arterien des großen Kreislaufs zu einer Vasodilatation führt.

Durch Pranayama verändern wir das oben Beschriebene. Wir heben quasi die Schwerkraft auf. Auch die Kapillaren an der Spitze werden bei vertiefter Atmung vermehrt durchblutet, was übrigens auch beim Kopfstand (Sirshasana) geschieht. Den Bandhas Mula Bandha und Uddhyana Bandha kommt hierbei auf der physiologischen Ebene eine besondere Bedeutung zu. (Bhajan Noam)

                                                                                                                          

Verteilung von Ventilation und Perfusion

 Die alveoläre Ventilation (V) und Perfusion (P) sind aufgrund der Schwerkraft in verschiedenen Lungenabschnitten nicht gleichmäßig. Beim aufrechten Thorax nehmen sowohl Perfusion als auch Ventilation von Lungenspitze zu Lungenbasis zu wobei der vertikale Gradient der Ventilation weniger stark ausgeprägt ist als der für die Perfusion. Eine variable Bronchien- und Gefäßversorgung der einzelnen Lungenregionen führt ebenfalls zu einer ungleichmäßigen Verteilung von V und P (Ventilations-Perfusions-Inhomogenität). Das Atemminutenvolumen sowie das Herzminutenvolumen betragen in Ruhe ca. 5-6l. Das Ventilations-Perfusions-Verhältnis der gesamten Lunge beträgt somit etwa 1. Das regionale V/P-Verhältnis kann jedoch zwischen 0,5 in den basalen Abschnitten und 3 in den Spitze variieren. Die Bereiche in den Ventilations-Perfusions-Verhältnis höher bzw. niedriger sind als im Mittel werden hyperventilierte bzw. hypoventilierte Bezirke genannt. Die hyperventilierten Bereiche tragen mehr zum Gasaustausch bei als hypoventilierte. Diese regionale Ventilations-Perfusions-Inhomogenität mindert bei einer gesunden Lunge gering den Gasaustausch. Der arterieller PO2 für die gesamte Lunge ist niedriger als der PO2 in dem gemischt- alveolären Gas (alveolär-arterielle PO2 Differenz) obwohl in jedem Lungenbezirk alveolar Gas und endkapilläres Blut gleichen PO2 haben. Die V/P-Inhomogenität ist bei gestörter Lungenfunktion verstärkt und ist wichtige Ursache für eine gestörte Gasaustauschleistung der Lunge.

 

Euler-Liljestrand-Reflex: 

Wird die komplette Durchblutung gestoppt, geht das V/P- Verhältnis gegen unendlich. In Gebieten ohne Ventilation geht das V/P-Verhältnis gegen Null. Um solche Situationen zu regulieren existiert der Reflex der hypoxischen Vasokonstriktion (Euler-Liljestrand-Reflex). Rezeptoren registrieren dabei erniedrigte O2-Partialdrücke in den Alveolen und drosseln daraufhin die Durchblutung in der jeweiligen Region.

 

Blutgase

Die Inspirationsluft enthält etwa 21,2% Sauerstoff (159mmHg) und 0,03% (0,23mmHg) Kohlendioxid. Dieser Anteil des normalen Luftdruckes (=Partialdruck in mmHg) ist die treibende Kraft der Gasdiffusion. Nach Anfeuchtung in den Atemwegen und Mischung mit dem Totraumvolumen betragen die alveolären Partialdrücke nach der Inspiration noch für Sauerstoff 100mmHg und Kohlendioxid 40mmHg.

 

Die arteriellen Partialdrücke sind nach der Diffusion praktisch identisch mit den alveolaren Partialdrücken. Nach peripherem Gasaustausch (Zellatmung) beträgt im venösen System der Partialdruck 40mmHg für Sauerstoff und etwa 46 mmHg für Kohlendioxid . Entlang dieses Partialdruckgefälles findet in der Lunge dann erneut die Diffusion statt. In der Expirationsluft beträgt der Sauerstoffanteil dann 17% (115mmHg) und Kohlendioxidanteil 3,5% (33mmHg).

                                                                                                                             

Atemgastransport im Blut 

Für Transport von Sauerstoff und Kohlendioxid im Blut wird ein eisenhaltiges Protein, das Hämoglobin (Hb) genutzt. Ein Mol Hb bindet bei voller Sättigung 4 Mol O2 und kann daher max. 1,38 ml O2 transportieren. Bei normalen Partialdrücken wird das Hämoglobin im Lungenkreislauf nahezu zu 100% mit O2 gesättigt. Im peripheren Gewebe verschiebt sich die Sauerstoffbindungskurve nach rechts, wenn der pH-Wert durch anfallenden Stoffwechselprodukte sinkt und PCO2 steigt. Die Affinität von Myoglobin zum Sauerstoff ist im peripherem Gewebe größer als die des Hämoglobins.

 

Im Sport oder beimYoga bewirkt eine Erhöhung von Hämoglobin über den Hämatokrit eine vermehrte Sauerstoffaufnahme. Die Einnahme stimulierender oder ersetzender Substanzen (z.B. EPO, Hb-Ersatzstoff) ist deshalb nach den Dopingrichtlinien verboten.

 

Die Hb-Bindung des O2 kann durch andere Gase z.B. Kohlenmonoxid (COHb) oder Reduktionsmittel (MetHb) behindert werden. Bei COHb wird O2 von der Bindung verdrängt und bei MetHb ist keine O2 Bindung mehr möglich.

 

Atemregulation 

Unter Atmungsregulation versteht man die Anpassung des Gasaustauschs in der Lunge an die Stoffwechselbedürfnisse des Organismus. Die Atmung erfolgt normalerweise unwillkürlich über das Atemzentrum im Hirnstamm, kann aber auch bewusst gesteuert werden. Die unwillkürliche Atmung wird dabei durch vielfältige Einflüsse gesteuert:

 

- Chemorezeptoren (Sauerstoff und Kohlendioxid)

- Dehnungsrezeptoren Lunge und Muskulatur

- Sympatikotonus (Adrenalin bei Fluchtreflex)

- Parasympatikotonus (Schlaf)

- Umgebungstemperatur über Kälterezeptoren der Haut

- Bluttemperatur

- Pressorezeptoren

 

Ein- und Ausatmung werden dabei durch Stimulation und Hemmung von inspiratorischen und expiratorischen Neuronengruppen im Wechsel automatisch gesteuert.

 Dehnungsrezeptoren der Lunge unterstützen diesen Wechsel als Rückkopplung des Momentanzustandes.

 Eine wichtige Stellung bei der Atemregulation spielen die Chemorezeptoren. Man unterscheidet:

 

- periphere Chemorezeptoren für O2 (Glomus Caroticus)

- zentrale Chemorezeptoren für CO2 und pH (medulla oblongata)

 

Dabei werden die aktuellen Werte fortlaufend gemessen und im Atemzentrum mit den Sollwerten verglichen. Fällt der PO2 im arteriellem Blut ab wird über die Bahnen des IX (Glomus caroticus) und X Hirnnerv (Glomus aorticus) die Atmung verstärkt um den PO2 im Blut wieder anzuheben. Die Veränderungen des Partialdrucks des CO2 oder des pH Werts führen ebenfalls zu einer Anpassung der Atemarbeit mit dem Ziel, die Werte von PO2, PCO2 und pH wieder auf ihre Sollwerte zurückzuführen.

 

Dehnungsrezeptoren der Muskulatur zeigen schon vor der Feststellung eines Sauerstoffmangels den Beginn einer muskulären Arbeit an und unterstützen eine Mehratmung.

 

Bei Fieber ist der Gesamtumsatz des Körpers deutlich höher und eine ausreichende Sauerstoffversorgung nötig. So wird bei erhöhter Temperatur einerseits über periphere Temperaturrezeptoren und andererseits über das ebenfalls zentral liegende Atemzentrum die Atemfrequenz hochreguliert.

  

Atemregulation über Säure-Basen-Haushalt 

Die normale Struktur der Zellbestandteile und die Molekülform der Proteine ist von einem ausgewogenen Säure-Basen-Gleichgewicht abhängig. Der pH-Wert beträgt etwa 7,4 ±0,5. Werte <7,0, >7,8 sind dauerhaft nicht mit dem Leben vereinbar.

 

Verschiebungen im Säure-Basen-Haushalt können entweder metabolisch über den Stoffwechsel (z.B. bei körperlicher Aktivität) und respiratorisch durch die Atmung entstehen. Zur Abpufferung existieren verschieden Puffersysteme:

 

- Bikarbonat

- Hämoglobin

- Plasmaproteine und Phosphate

 

Das wichtigste System ist das Bikarbonatsystem da es nicht nur vom Umfang sondern auch die Pufferkomponenten durch Atmung, Niere und Leber weitgehend unabhängig gesteuert werden können. 

Respiratorische Störungen werden metabolisch kompensiert und metabolische Störungen respiratorisch 

Bei Verschiebungen im Säure-Basenhaushalt werden ebenfalls Elektrolyte beeinflusst, welche zu Symptomen wie z.B. beim Hyperventilationssyndrom führen können. 

Metabolische Azidose: Werden vom Körper vermehrt saure Stoffwechselprodukte gebildet oder weniger ausgeschieden z.B.

 

- anaerober Kohlenhydratabbau unter Belastung

- Hunger mit Katabolismus

- Diabetes mellitus

- Niereninsuffizienz

                                                                                                                              

wird zuerst versucht über die Puffersysteme den pH zu normalisieren. Reicht das nicht aus, wird über eine erhöhte Atemfrequenz/Atemzeitvolumen Bicarbonat abgeatmet. Bei längeren metabolischen Azidosen mit nicht ausreichender respiratorischer Kompensation kommt es zusätzlich zur Ausscheidung saurer Valenzen über Niere und Darm.

 

Metabolische Alkalose: Bis auf den typischen Verlust von sauren Magensaft beim Erbrechen oder eine Hypokaliämie tritt eine metabolische Alkalose im Sport nur selten auf. Eine respiratorische Kompensation durch Hypoventilation ist allerdings wegen des dabei enstehenden Sauerstoffmangels nur begrenzt möglich.

 

Respiratorische Azidose: Wird wenig Kohlendioxid abgeatmet z.B. bei

 

- Verminderung funktionelle Lungenoberflächreduzierter

- Atemantrieb (Schlafmittel, Vergiftungen)

- Einschränkung Thoraxbewegung

 

steigt das Bicarbonat im Plasma. Es kann dabei nicht über die Ursache des Bicarbonatpuffers kompensiert werden. Nach einer Anlaufzeit kann durch die Niere über eine vermehrte Ausscheidung von sauren Valenzen abgepuffert werden.

 

Respiratorische Alkalose: Bei einer vermehrte Abatmung von Kohlendioxid bei einer Hyperventilation z.B.

 

- Sauerstoffmangelatmung (speziell Höhenatmung)

- psychisches Hyperventilationssyndrom

 

wird renal über die Niere durch Ausscheidung von Bicarbonat gepuffert.

 

 

Zentrale Atemregulation

Die Atmung erfolgt normalerweise unwillkürlich über das Atemzentrum im Hirnstamm, kann aber auch bewußt gesteuert werden.

Die unwillkürliche Atmung wird dabei durch vielfältige Einflüsse gesteuert:

 

- Chemorezeptoren (Sauerstoff und Kohlendioxid)

- Dehnungsrezeptoren Lunge und Muskulatur

- Sympatilkotonus (Adrenalin bei Fluchtreflex)

- Parasympathikotonus (Schlaf)

- Umgebungstemperatur über Kälterezeptoren der Haut

- Bluttemperatur

- Pressorezeptoren

 

Ein- und Ausatmung werden dabei durch Stimulation und Hemmung von inspiratorischen und expiratorischen Neuronengruppen im Wechsel automatisch gesteuert. Dehnungsrezeptoren der Lunge unterstützen diesen Wechsel als Rückkopplung des Momentanzustandes.

                                                                                                                                

Evolutionsbiologisch steigert Adrenalin die Atemfrequenz schon vor einer muskulären Arbeit und bereitet den Körper für eine Stressreaktion vor.

 

Bei Fieber ist der Gesamtumsatz des Körpers deutlich höher und eine ausreichende Sauerstoffversorgung nötig. So wird bei erhöhter Temperatur einerseits über periphere Temperaturrezeptoren und andererseits über das ebenfalls zentral liegende Atemzentrum die Atemfrequenz hochreguliert.

 

Dehnungsrezeptoren der Muskulatur zeigen schon vor der Feststellung eines Sauerstoffmangels den Beginn einer muskulären Arbeit an und unterstützen eine Mehratmung. Eine besonders wichtige Stellung bei der zentralen Atemregulation spielen die Chemorezeptoren. Dabei werden im arteriellen System (z.B. Aorta und Glomus Caroticus) und zentral im Liquor die Partialdrücke für Kohlendioxid und Sauerstoff gemessen.

 

Beispiele:

Bei Höhenatmung wird zunächst über den niedrigen Sauerstoffpartialdruck im Blut die Atemfrequenz gesteigert. Durch die vermehrte Abatmung von Kohlendioxid entsteht dann eine Alkalose. Der Einfluß der zentralen hypoxischen Atemregulation ist hier stärker als die periphere Gegenregulation.

Typisch sind Tauchunfälle mit vorheriger Hyperventilation. Nach der Hyperventilation ist der Kohlendioxidpartialdruck sehr niedrig und der Körper gut mir Sauerstoff versorgt. Im Verlauf des Apnoetauchgangs steigen der Kohlendioxidpartialdruck nun eher langsam und damit der Atemantrieb und die subjektive Luftnot. Dagegen kann der Sauerstoffpartialdruck recht schnell sinken und eine Hypoxie des ZNS mit Synkope kann dann zu Ertrinkungsunfällen führen.

Bei Patienten mit chronischer Atmungsinsuffizienz kann der Stimulus durch den Kohlendioxidchemorezeptor so reduziert sein das die Atmung über den Sauerstoffrezeptor geregelt wird. Bei niedriger Sauerstoff-Sättigung bei einer Lungenerkrankung ist dann genug Stimulus vorhanden. Wird nun bei akuter Dyspnoe z.B. in einer Rehabilitationsgruppe gutgemeint über eine Atemmaske Sauerstoff höherdosiert zugeführt kann die Atmung wegen fehlendem hypoxischen Stimulus versagen.

 

Pathologische Formen einer zentralen Atemregulationsstörung können sein:

- Kussmaul-Atmung

- Cheyne-Stokes-Atmung

- Biot-Atmung

- Schnappatmung

 

 

 

Quelle: Zusammengestellt aus Informationen auf der Seite SpoMedial, ergänzt durch einige          Anmerkungen von mir. 

Seiten des Lebens: www.bhajan-noam.com

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Tags: Atem, Atemphysiologie, Bhajan_Noam, Wissenswertes, Yoga

Kommentar von oskar711 am 3. März 2016 um 1:25pm

Da hab ich auch noch was:....
Atme durch die Nase!
Moderne Forschung bestätigt die Weisheit der Yogatradition
von Eddie Weitzberg, Dozent am Karolinska Institut, Stockholm
Stickoxyd (NO) ist ein Gas, das früher gewöhnlich als Umweltverschmutzung bekannt war. Dieses Gas wird bei Verbrennung gebildet und kommt in hohen Konzentrationen u.a. in Zigarettenrauch und in den Auspuffgasen der Autos vor. Daher war es sehr aufsehenerregend, als sich zeigte, daß NO auch im menschlichen Körper gebildet wird.
Der Nobelpreis für Medizin 1998 ging an drei amerikanische Forscher für diese Ent¬deckung. Sie konnten nachweisen, daß NO eine Bedeutung für die Regulierung des Tonus der Blutgefäße hat. Es findet eine kontinuierliche Bildung von NO in den Wänden der Blutgefäße statt, und dieses kleine Gasmolekül erweitert die Blutgefäße, um die Durchblutung zu fördern. Spätere Forschung hat gezeigt, daß NO sogar an der Funktion des Nervensystems beteiligt ist sowie die Fähigkeit besitzt, Bakterien und Viren zu töten.
Unsere Forschergruppe am Karolinska Institut in Stockholm hat die Bedeutung des NO in den Atemwegen studiert. Wir haben nachgewiesen, daß normalerweise große Mengen an NO in den Nasennebenhöhlen des Menschen gebildet werden. Es ist er¬wähnenswert, daß die Konzentrationen von NO in den Nasennebenhöhlen bei mehreren Individuen die Grenzwerte überstiegen haben, die die Umweltbehörden bei Aufent¬halt darin als schädlich ansehen. Die Nasen¬nebenhöhlen stehen mit der Nasenhöhle durch kleine Öffnungen in Kontakt, und das bedeutet, daß die Niveaus von NO auch in der Luft in der Nase relativ hoch sind.
Was hat das für eine Bedeutung? Bei der Einatmung gelangt NO mit der Luft in die Lungen, insbesondere, wenn man durch die Nase atmet. Weil NO ein Gefäßerweiterer ist, werden die Blutgefäße, die in Kontakt mit den Lungenbläschen (den Alveolen) kommen, erweitert. Das bedeutet, daß eine größere Menge des Blutes, das die Lungen¬gefäße passiert, oxydiert werden kann.
Mehr Sauerstoff im Blut
Wir verglichen die Nasenatmung mit der Atmung durch den Mund, um zu sehen, ob ein Unterschied bei der Sauerstoffbindung des Blutes nachgewiesen werden könnte. Und richtig: Es zeigte sich, daß die Atmung durch die Nase zu einer 10-15% höheren Sauerstoffbindung des Blutes führte. Zur Kontrolle zeigte es sich, daß Atmung durch den Mund unter Zusatz von NO aus einer Gasflasche einen entsprechenden Effekt bewirkte, was dafür spricht, daß es das NO in der Nasenluft ist, das diese positiven Wirkungen hat.

Einer der wichtigsten Stoffe, die unser Blut transportiert ist der Sauerstoff. Auf seinem Weg durch den Körper fließt das Blut an den mit Sauerstoff gefüllten Lungenbläschen vorbei. Die zuständigen Blutzellen nehmen den Sauerstoff auf und transportieren ihn bis in die entlegendste Zelle im Körper. Funktioniert dieser Ablauf nicht, leiden alle Organe, vor allem Herz und Gehirn. In kürzester Zeit würden lebenswichtiges Gewebe und Nervenzellen zerstört sein. Die permanente Zufuhr von Sauerstoff ist die Voraussetzung für alle weiteren Prozesse im Körper. Deshalb ist es wichtig, dass die Lunge einwandfrei funktioniert, dass die Bronchien frei sind und die Lungenbläschen intakt. Denn nur, wenn die Lungenfunktion ihren Teil leistet, kann auch der Rest des Körpers gut funktionieren.

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