Atmungssystem - Zusammenfassung Anatomie und Physiologie des Menschen PDF

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Zusammenfassung Anatomie und Physiologie des Menschen...

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Atmungssystem Wozu atmen wir?  Energiegewinnung des Körpers aus der Verbrennung (oxidativer Abbau) von Nährstoffen  Elektronenakzeptor ist der Sauerstoff  Jede Körperzelle ist auf die Zufuhr von Sauerstoff angewiesen  Abgabe von Kohlendioxid, das beim oxidativen Nährstoffabbau entsteht  Atmungssystem  Aufgaben  Sauerstoff wird zur Verfügung gestellt  Überflüssiges Kohlendioxid wird aus dem Körper entfernt  Säure-Basen-Haushalt wird reguliert (zusammen mit der Niere)  Atmung  Äußere Atmung  Gasaustausch zwischen Organismus und Umwelt in den Lungen  Innere Atmung (Gewebeatmung)  Verbrennungsvorgänge im Stoffwechsel  Bei mehrzelligen Lebewesen liegen die meisten Körperzellen weit von der Außenluft entfernt  Atemgase müssen über lange Strecken transportiert werden  Durch Konvektion (über luftleitende Atmungsorgane und den Blutkreislauf)  Durch Diffusion (Gasaustausch in den Lungenbläschen und im Gewebe)  Schritte des Sauerstofftransports  Sauerstofftransport durch Lungenbelüftung (Ventilation) in die Lungenbläschen  Übertritt des Sauerstoffs durch Diffusion in das Blut der Lungenkapillaren  Sauerstofftransport mithilfe des Blutes zu den Gewebekapillaren  Diffusion von Sauerstoff aus den Gewebekapillaren zu den benachbarten Zellen  Der Abtransport von Kohlendioxiderfolgt in umgekehrter Reihenfolge  Atmungsorgane  Luftleitende Anteile  Obere Luftwege  Untere Luftwege  Aufgaben der luftleitenden Atmungsorgane  Transport der Atemluft  Anwärmung der Atemluft  Befeuchtung der Atemluft  Reinigung der Atemluft  Kontrolle der Atemluft (Geruch)  Lautbildung (Kehlkopf)  Dem Gasaustausch dienende Anteile  Lungen (Pulmones) und Lungenbläschen (Alveolen)  Epithelgewebe  Zellverbände mit vielen Zellkontakten und geringem Extrazellulärraum  Epithelgewebekleiden äußere und innere Oberflächen aus  Epithelien können aus allen Keimblättern hervorgehen

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 Alle Epithelien zeichnen sich durch ihre polare Bau- und Funktionsweise aus (basaler und apikaler Pol) und die Verankerung an der Basalmembran (extrazellulärer ‚Teppich‘ aus verschiedenen Makromolekülen)  Grobe Gliederung  Oberflächenepithelien  Drüsenepithelien  Epithelien werden eingeteilt nach  Der Form der Zellen (platt, prismatisch)  Der Anzahl an Zellschichten  Form der Zellen in der obersten Zelllage  Der Keratinisierung der Zellen (verhornt, unverhornt)  Oberflächenstrukturen (z.B. Bürstensaum, Kinozilien)  Einschichtige Epithelien  Einschichtiges Plattenepithel, z.B. Endothel  Blut- und Lymphgefäße  Einschichtiges kubisches Epithel, z.B. Nierentubuli, Speicheldrüsen, Gallengänge  Einschichtiges Zylinderepithel, z.B. Magen- und Darmschleimhaut  Mehrreihige Epithelien, z.B. respiratorisches Epithel (Becherzellen und Kinozilien Tragende Zellen)  Mehrschichtige Epithelien  Mehrschichtiges unverhorntes Plattenepithel, z.B. Mundhöhle, Speiseröhre,Vagina  Mehrschichtiges verhorntes Plattenepithel, z.B. Epidermis  Weitere mehrschichtige Epithelien, z.B. Augenbindehaut, Ausführungsgänge der Schweißdrüsen  Sonderform: Übergangsepithel, z.B. Urothel Obere Luftwege = Nase, Nasenhöhle, Mundhöhle, Nasennebenhöhlen, Rachen, Kehlkopf  Nase (Nasus)  Organ, das die Nasenhöhle beherbergt  Zentraler Bestandteil des Gesichts  Größe und Form bestimmt das Erscheinungsbild des gesamten Gesichts  Die äußeren Nasenlöcher führen in die innere Nase  In den Nasenvorhof (Vestibulum nasi), der von behaarter Haut ausgekleidet ist  In die eigentliche Nasenhöhle (Cavitas nasi)  Aufgaben  Befeuchtung  Anwärmung und Reinigung der Atemluft  Nasenhöhle (Cavitas nasi)  Durch die Scheidewand (Nasenseptum) in linke und rechte Nasenhöhle geteilt  Aufgaben  Befeuchtung, Anwärmung, Reinigung und Kontrolle der Atemluft  Geruchswahrnehmung  Resonanzkörper  linke und rechte Nasenhöhle sind jeweils untergliedert in die knöchern gestützten Nasenmuscheln

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 den Übergang zum Rachen bilden die inneren Nasenlöcher (Choanen)  Nasenmuscheln (Conchae nasales)  Schleimhautüberzogene Knochen  Begrenzen jeweils einen Nasengang  Obere, mittlere und untere Nasenmuschel  Starke Oberflächenvergrößerung  Nasennebenhöhlen (Sinus paranasales)  Luftgefüllte Hohlräume im Schädelknochen  Mit Schleimhaut ausgekleidet  Aufgaben  Verringerung des Schädelgewichtes  Vorwärmung der Luft  Resonanzraum der Stimme  Nasennebenhöhlen  Stirnbeinhöhle  Kieferhöhlen  Siebbeinhöhlen mit den Siebbeinzellen  Keilbeinhöhlen  Alle Nasennebenhöhlen stehen mit dem Hauptraum der Nasenhöhle in Verbindung  Rachen (Pharynx)  Oberer Rachenraum (Epipharynx/Nasopharynx)  Mittlerer Rachenraum (Mesopharynx/Oropharynx)  Mündung der Ohrtrompeten  Verbindung zum Mittelohr  Druckausgleich  Unterer Rachenraum (Hypopharynx/Laryngopharynx)  Abschluss des Rachens nach unten: Kehlkopf  Kehlkopf  Verschluss der unteren Luftwege gegen den Rachenraum  Organ der Stimmbildung  Verbindung zum Zungenbein (Os hyoideum) und zur Luftröhre (Trachea)  Kehlkopfskelett  (1) Schildknorpel (Cartilago thyroidea)  (2) Ringknorpel (Cartilago cricoidea)  (3) Stellknorpel (Cartilago arytaenoideae)  1-3 aus hyalinem Knorpel  (4) Kehldeckel (Epiglottis)  aus elastischem Knorpel  Adamsapfel  Tastbarer Abschnitt des Schildknorpels  Tritt hormonell bedingt v.a. bei Männern besonders hervor Stimmbildung (Phonation)  Stimmbänder werden aneinander gelegt und durch das Durchpressen der Atemluft in Schwingungen versetzt  Willkürliche Veränderung der Stimmbänderspannung  Geräuschbildung im Mund (Gaumen, Zunge, Zähne, Lippen)  Spannung der Stimmbänder durch Kippendes Ringknorpels

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 Verengung/Erweiterung der Stimmritze durch Bewegungen der Stellknorpel Schlucken  Beim Schlucken senkt sich der Kehldeckel über den Kehlkopfeingang  Verhindert, dass Nahrung in die Luftröhre dringt Untere Luftwege = Luftröhre, Bronchien, Lungenbläschen  Luftröhre (Trachea)  10-12 cm lang, 2 cm weit  Stabilisiert durch hufeisenförmige Knorpelspangen (nach hinten offen)  Knorpelspangen werden durch Bandstrukturen zusammen gehalten und durch Bindegewebe und Muskeln zu einem Ring geschlossen  Mit respiratorischem Epithel ausgekleidet  Aufgaben  Anwärmen, Anfeuchten und Reinigen der Atemluft  Ventilation der Lungen  Bronchialbaum  An der Bifurcatio tracheae entspringen rechter und linker Hauptbronchus  Lappenbronchien  Segmentbronchien  Aufteilung in immer feinere Äste  Letzte Verzweigungsäste: Bronchioli (ohne Knorpelskelett)  Lungen (Pulmones)  Im Brustraum beiderseits des Mediastinums (Mittelfellraum), dem Mittelteil des Thoraxraumes  Lunge von Lungenfell (Pleura visceralis) überzogen  Zwischen Rippenfell (Pleura parietalis) und Lungenfell befindet sich der flüssigkeitsgefüllte Pleuraspalt  Begrenzung  Nach oben und zu den Seiten: Brustkorb  Nach unten: Zwerchfell  Muskulöse Platte zur Trennung von Brust- und Bauchraum  Äußerer Aufbau  Durch tiefe Einschnitte in Lungenlappen unterteilt  Rechte Lunge: 3 Lappen  Linke Lunge: 2 Lappen  Lungenlappen in Lungensegmente unterteilt  Am Lungenhilus: Eintritt/Austritt von Bronchien, Arterien, Venen, Nerven und Lymphgefäßen  Innerer Aufbau  Läppchenstruktur  Bauenheit: Acinus  Von einem Endbronchus versorgte Lungenbläschen (Alveolen)  Etwa 200 Alveolen pro Acinus  Mehrere Acici bilden ein Lungenläppchen  Lungenbläschen (Alveolen)

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 Zusammen besitzen beide Lungen ca. 300 Mio. Lungenbläschen  Durchmesser jedes Lungenbläschens etwa 0,2 mm  Von Kapillarnetz umgeben Ventilation  Belüftung der Lungen  Rhythmischer Wechsel zwischen Einatmung (Inspiration) und Ausatmung (Exspiration)  Bewegungen des Brustkorbes und des Zwerchfells führen zu Brustraumerweiterungen/ -verengungen Atemmechanik  Aufgrund der Adhäsionskraft der Flüssigkeit im Pleuraspalt folgen die Lungen den Brustkorbbewegungen passiv  Veränderungen des Brustraumvolumens durch  Die Zwerchfellmuskulatur (Hauptanteil)  Die äußeren Zwischenrippenmuskeln  Weitere Atemhilfsmuskeln  Bauchmuskulatur  Brust- und Schultermuskulatur  Alle Muskeln, die von der Halswirbelsäule oder der Brustwirbelsäule entspringen und an den Rippen ansetzen Zwerchfell (Diaphragma)  Muskulös-sehnige Scheidewand, die den Brustraum vom Bauchraum abtrennt  Wichtigster Atemmuskel Inspiration  Durch Erweiterung des Brustraumes wird Luft in die Lungen eingesaugt  Kontraktion der Zwerchfellmuskulatur  Vergrößerung des Brustraums  Volumenzunahme der Lungen Exspiration  Durch Verkleinerung des Brustraumes wird Luft aus den Lungen ausgestoßen  Zwerchfell erschlafft, wird durch den Druck im Bauchraum nach oben gepresst  Brustkorb und Lunge kehren aufgrund ihren elastischen Aufbaus in die Ruhelage zurück = Lachen ist eine rhythmische Kontraktion des Zwerchfells Schluckauf  Reflektorische, ruckartige Kontraktion des Zwerchfells (Einatmung)  Unterbrechung der Einatmung durch plötzlichen Verschluss der Stimmlippen  Geräusch entsteht Lungenvolumina  Lungen- und Atemvolumen  Atemzugvolumen  Volumen eines einzelnen Atemzuges, etwa 0,5l Luft bei Ruheatmung  Inspiratorisches Reservevolumen  Nach normaler Einatmung zusätzliche Einatmung von etwa 2,5l Luft  Exspiratorisches Reservevolumen

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 Nach normaler Ausatmung zusätzliche Ausatmung von etwa 1,5l Luft  Vitalkapazität  Maximal ventilierbare Luftmenge (maximales Atemvolumen)  Summe aus normalem Atemzugvolumen, inspiratorischem und exspiratorischem Reservevolumen (etwa 3-7l Luft)  Maß für die Ausdehnungsfähigkeit von Lunge und Brustkorb (maximale Einatmungs- bis maximaler Ausatmungsstellung)  Abhängig von Alter, Geschlecht, Körperbau und Trainingszustand  Residualvolumen  Menge Luft, die auch nach maximaler Ausatmung noch in der Lunge verbleibt (1-2l Luft)  Nicht mobilisierbares Lungenvolumen  Bei bestimmten Lungenerkrankungen erhöht  Totale Lungenkapazität  Summe aus Vitalkapazität und Residualvolumen  Atemzeitvolumen  Pro Zeiteinheit ein- und ausgeatmetes Luftvolumen  Produkt aus Atemzugvolumen und Atemfrequenz (Anzahl der Atemzüge pro Minute)  Beträgt in Ruhe etwa 7,5l/Min (0,5l/Atemzug *15Atemzüge/Min)  Kann bei Anstrengung bis zu 100l/Min betragen  Alveolar- und Totraumventilation  Alveolarventilation = der Teil des Atemzeitvolumens, der tatsächlich zu den Alveolen gelangt (etwa 70%)  Totraumvolumen = ventilierte Luft, die in den luftleitenden Wegen verbleibt (bei Erwachsenen etwa 150ml)  Totraumventilation = der Teil des Atemzeitvolumens, der in den luftleitenden Wegen verbleibt (etwa 30%)  Durchmischung = bei jedem Atemzug mischt sich Frischluft mit bereits in den Lungenbläschen vorhandener Luft  Relativ konstante Sauerstoffkonzentration in den Alveolen Gasaustausch  Der Gasaustausch findet in den Kapillaren statt, die die Alveolen umgeben  Zusammensetzung der atmosphärischen Luft  78,1% Stickstoff  20,9% Sauerstoff  0,03% Kohlenstoffdioxid  Edelgase in Spuren  Zusammensetzung der alveolären Luft  14% Sauerstoff  5,6% Kohlenstoffdioxid  Rest aus Stickstoff, Wasserdampf und Edelgasen  Zusammensetzung der Ausatemluft  16% Sauerstoff  4% Kohlenstoffdioxid

 Rest aus Stickstoff, Wasserdampf und Edelgasen  Partialdrücke  In einem Gasgemisch addieren sich die Partialdrücke der einzelnen Gase zum Gesamtdruck  Der Partialdruck wird vom relativen Anteil eines Gases am Gesamtvolumen bestimmt  Diffusion der Atemgase  Treibende Kraft für den Gasaustausch: Partialdruckunterschiede zwischen den Alveolen und dem Blut in den Kapillaren  Alveole  pO2 = 100 mmHg  pCO2 = 40 mmHg  Kapillare  pO2 = 40 mmHg  pCO2 = 46 mmHg  Eine effektive Diffusion ist von der Austauschfläche und der Diffusionsstrecke abhängig  Fick’sches Diffusionsgesetz modifiziert nach Krogh

VGas = KGas * A/d * pGas VGas = Volumen des diffundierenden Gases KGas = Krogh’scher Diffusionskoeffizient A = Austauschfläche d = Diffusionsstrecke pGas = Partialdruckdifferenz des Gases in den Alveolen und im Kapillarblut  Blut-Luft-Schranke  Kapillarendothel, Zellleib der Pneumozyten Typ I, dazwischenliegende Basalmembran  Große Austauschfläche: etwa 100 m²  Kleine Diffusionsstrecke: 1 m  Sauerstoffbindungskurve des Blutes  Reversible Bindung von Sauerstoff an das Hämoglobin in den Erythrozyten  Die Menge gebundenen Sauerstoffs ist vom Partialdruckabhängig  O2-Bindungskurve: Beziehung zwischender O2-Sättigung des Hämoglobins und dem O2-Partialdruck

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Atemregulation  Bei den Mechanismen, die die Atmung regulieren, wird unterschieden:  Zentrale Atemregulation  Koordination von Atembewegungen von Brustkorb und Zwerchfell  Rhythmische Erregung von Nervenzellen des Atemzentrums  Atemzentrum: Neuronales Steuerzentrum im verlängerten Mark  Chemische Atemregulation  Signalgeber  Veränderung der Partialdrücke der arteriellen Blutgase (O2 und CO2)  Veränderungen des arteriellen pH-Wertes  Anpassung der Atmung an die Stoffwechselleistung  Vermittlung über Ganglienzellen (Chemorezeptoren) in der Aorta, in den beiden Kopfschlagadern und in der Nähe des Atemzentrums  Atemreize  Arterieller CO2-Partialdruck  Stärkste Wirkung  H+-Konzentration  Arterieller O2-Partialdruck  Unspezifische Atemreize  Verstärkte Atmung  Schmerz- und Temperaturreize  Psychische Erregung (z.B. Angst)  Arterielle Druckreize von Druckrezeptoren (z.B. nach Blutdruckabfall)  Muskelarbeit  Hormone (z.B. Erhöhung des Progesteronspiegels während der Schwangerschaft Hyperventilation  Über den Bedarf gesteigerte Lungenbelüftung  Schnelleres und flacheres Atmen  Vermehrtes Abatmen von CO2 (& Anstieg des pH-Wertes)  Anreiz für Atemzentrum stark vermindert  Atemstillstand

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Tauchreflex  Schutzmechanismus, der bei allen lungenatmenden Lebewesen beim Eintauchen (Immersion) in Wasser beobachtet werden kann  Verlangsamung des Herzschlags  Zentralisierung des Blutkreislaufs  Reduktion des Sauerstoffverbrauchs auf die überlebenswichtigen Organe...