ATMUNGSSYSTEM: FUNKTIONEN, TEILE, FUNKTION - BIOLOGIE - 2025

Das Atmungssystem oder Atmungssystem umfasst eine Reihe spezialisierter Organe, die den Gasaustausch vermitteln, wobei Sauerstoff aufgenommen und Kohlendioxid entfernt wird.

Es gibt eine Reihe von Schritten, die das Eintreffen von Sauerstoff in die Zelle und die Beseitigung von Kohlendioxid ermöglichen, einschließlich des Luftaustauschs zwischen Atmosphäre und Lunge (Beatmung), gefolgt von der Diffusion und dem Austausch von Gasen auf der Lungenoberfläche , Sauerstofftransport und Gasaustausch auf zellulärer Ebene.

Von LadyofHats, Jmarchn, über Wikimedia Commons

Es ist ein vielfältiges System im Tierreich, das sich je nach Untersuchungslinie aus verschiedenen Strukturen zusammensetzt. Zum Beispiel haben Fische funktionelle Strukturen in einer aquatischen Umgebung wie Kiemen, Säugetiere haben Lungen und die meisten Wirbellosen haben Luftröhren.

Einzellige Tiere wie Protozoen benötigen keine speziellen Strukturen für die Atmung und der Gasaustausch erfolgt durch einfache Diffusion.

Beim Menschen besteht das System aus den Nasengängen, dem Pharynx, dem Larynx, der Luftröhre und der Lunge. Letztere werden nacheinander in Bronchien, Bronchiolen und Alveolen verzweigt. In den Alveolen findet ein passiver Austausch von Sauerstoff- und Kohlendioxidmolekülen statt.

Definition der Atmung

Der Begriff "Atmung" kann auf zwei Arten definiert werden. Umgangssprachlich beschreiben wir, wenn wir das Wort Atmen verwenden, die Wirkung der Sauerstoffaufnahme und der Eliminierung von Kohlendioxid in die äußere Umgebung.

Das Konzept des Atmens umfasst jedoch einen umfassenderen Prozess als das einfache Ein- und Ausatmen von Luft in den Brustkorb. Alle Mechanismen, die mit der Sauerstoffverwertung, dem Bluttransport und der Kohlendioxidproduktion verbunden sind, treten auf zellulärer Ebene auf.

Eine zweite Möglichkeit, das Wort Atmung zu definieren, besteht auf zellulärer Ebene. Dieser Prozess wird als Zellatmung bezeichnet, bei der die Reaktion von Sauerstoff mit anorganischen Molekülen erfolgt, die Energie in Form von ATP (Adenosintriphosphat), Wasser und Kohlendioxid erzeugen.

Ein genauerer Weg, um sich auf den Prozess des Einlassens und Ausstoßens von Luft durch Brustbewegungen zu beziehen, ist daher der Begriff "Beatmung".

Eigenschaften

Die Hauptfunktion des Atmungssystems besteht darin, die Prozesse der Sauerstoffaufnahme von außen durch Belüftungs- und Zellatmungsmechanismen zu koordinieren. Eine der Abfälle aus dem Prozess ist Kohlendioxid, das in den Blutkreislauf gelangt, in die Lunge gelangt und aus dem Körper in die Atmosphäre gelangt.

Das Atmungssystem ist für die Vermittlung all dieser Funktionen verantwortlich. Insbesondere ist es für die Filterung und Befeuchtung der in den Körper eintretenden Luft sowie für die Filterung unerwünschter Moleküle verantwortlich.

Es ist auch dafür verantwortlich, den pH-Wert von Körperflüssigkeiten - indirekt - zu regulieren und die CO ₂ -Konzentration zu steuern , entweder zu halten oder zu eliminieren. Andererseits ist es an der Regulierung der Temperatur und der Sekretion von Hormonen in der Lunge beteiligt und unterstützt das Geruchssystem bei der Erkennung von Gerüchen.

Darüber hinaus erfüllt jedes Element des Systems eine bestimmte Funktion: Die Nasenlöcher erwärmen die Luft und schützen die Keime, der Pharynx, der Larynx und die Luftröhre vermitteln den Luftdurchgang.

Darüber hinaus ist der Pharynx am Durchgang von Nahrungsmitteln und der Kehlkopf am Phonierungsprozess beteiligt. Schließlich findet in den Alveolen der Prozess des Gasaustauschs statt.

Atmungsorgane im Tierreich

Bei kleinen Tieren unter 1 mm kann ein Gasaustausch durch die Haut auftreten. In der Tat führen bestimmte Tierlinien wie Protozoen, Schwämme, Nesseltiere und einige Würmer den Prozess des Gasaustauschs durch einfache Diffusion durch.

Bei größeren Tieren wie Fischen und Amphibien ist auch eine Hautatmung vorhanden, um die Atmung durch die Kiemen oder Lungen zu ergänzen.

Zum Beispiel können Frösche im Winterschlaf den gesamten Prozess des Gasaustauschs durch die Haut durchführen, da sie vollständig in Teiche getaucht sind. Bei Salamandern gibt es Proben, denen die Lunge völlig fehlt und die durch die Haut atmen.

Mit zunehmender Komplexität der Tiere ist jedoch das Vorhandensein spezialisierter Organe für den Gasaustausch erforderlich, um den hohen Energiebedarf mehrzelliger Tiere zu decken.

Die Anatomie der Organe, die den Gasaustausch in verschiedenen Tiergruppen vermitteln, wird nachstehend ausführlich beschrieben:

Luftröhren

Von Bruce Blaus. Wenn Sie dieses Bild in externen Quellen verwenden, kann es wie folgt zitiert werden: Mitarbeiter von Blausen.com (2014). "Medizinische Galerie von Blausen Medical 2014". WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. , aus Wikimedia Commons

Insekten und einige Arthropoden haben ein sehr effizientes und direktes Atmungssystem. Es besteht aus einem System von Röhren, Luftröhren genannt, die sich über den gesamten Körper des Tieres erstrecken.

Die Luftröhren verzweigen sich in engere Röhren (ungefähr 1 um Durchmesser), die als Luftröhren bezeichnet werden. Sie sind von Flüssigkeit besetzt und enden in direkter Assoziation mit den Zellmembranen.

Durch Trägheit (Datei: Throat Diagram.svg), über Wikimedia Commons

Luft tritt durch eine Reihe von ventilartigen Öffnungen, sogenannten Lunkern, in das System ein. Diese können als Reaktion auf Wasserverlust geschlossen werden, um ein Austrocknen zu verhindern. Ebenso verfügt es über Filter, um das Eindringen unerwünschter Substanzen zu verhindern.

Bestimmte Insekten wie Bienen können Körperbewegungen ausführen, die auf die Belüftung des Luftröhrensystems abzielen.

Kiemen

Die Kiemen, auch Kiemen genannt, ermöglichen eine effektive Atmung in Gewässern. Bei Stachelhäutern bestehen sie aus einer Ausdehnung der Oberfläche ihres Körpers, während sie bei Meereswürmern und Amphibien Büschel oder Büschel sind.

Die effizientesten sind in Fisch und besteht aus einem System von inneren Kiemen. Es sind filamentöse Strukturen mit ausreichender Blutversorgung, die dem Wasserstrom entgegenwirken. Mit diesem "Gegenstromsystem" kann die maximale Entnahme von Sauerstoff aus dem Wasser sichergestellt werden.

Die Belüftung der Kiemen ist mit den Bewegungen des Tieres und der Öffnung des Mundes verbunden. In terrestrischen Umgebungen verlieren die Kiemen die schwimmende Unterstützung des Wassers, sie trocknen aus und die Filamente verschmelzen, was zum Zusammenbruch des gesamten Systems führt.

Aus diesem Grund ersticken Fische, wenn sie nicht im Wasser sind, obwohl sie große Mengen Sauerstoff um sich haben.

Lunge

Die Lungen von Wirbeltieren sind innere Hohlräume, die mit reichlich vorhandenen Gefäßen versehen sind, deren Funktion darin besteht, den Gasaustausch mit Blut zu vermitteln. Bei einigen Wirbellosen sprechen wir von "Lungen", obwohl diese Strukturen nicht homolog zueinander sind und viel weniger effizient sind.

Bei Amphibien sind die Lungen sehr einfach, ähnlich einer Tasche, die bei einigen Fröschen unterteilt ist. Die für den Austausch verfügbare Oberfläche vergrößert sich in der Lunge von Nicht-Vogel-Reptilien, die in zahlreiche miteinander verbundene Säcke unterteilt sind.

In der Linie der Vögel steigt die Effizienz der Lunge dank des Vorhandenseins von Luftsäcken, die als Luftreserven im Belüftungsprozess dienen.

Die Lunge erreicht bei Säugetieren ihre maximale Komplexität (siehe nächster Abschnitt). Die Lungen sind reich an Bindegewebe und von einer dünnen Epithelschicht umgeben, die als viszerale Pleura bezeichnet wird und sich in der viszeralen Pleura fortsetzt und an den Wänden der Brust ausgerichtet ist.

Amphibien verwenden einen Überdruck für den Lufteintritt in die Lunge, während Reptilien, Vögel und Säugetiere, die keine Vögel sind, einen Unterdruck verwenden, bei dem Luft durch die Ausdehnung des Brustkorbs in die Lunge gedrückt wird.

Teile (Organe) der Atemwege beim Menschen

Beim Menschen und bei den übrigen Säugetieren besteht das Atmungssystem aus dem oberen Teil, der aus Mund, Nasenhöhle, Pharynx und Larynx besteht. der untere Teil besteht aus Luftröhre und Bronchien und der Teil des Lungengewebes.

Oberer Teil oder obere Atemwege

Nasenlöcher sind die Strukturen, durch die Luft eindringt. Darauf folgt eine Nasenkammer, die von einem Epithel ausgekleidet ist, das Schleimstoffe absondert. Die inneren Nasenlöcher verbinden sich mit dem Pharynx (was wir üblicherweise als Hals bezeichnen), wo sich zwei Wege kreuzen: der Verdauungstrakt und der Atemweg.

Luft tritt durch die Öffnung der Stimmritze ein, während Nahrung durch die Speiseröhre gelangt.

Die Epiglottis befindet sich auf der Glottis mit dem Ziel, das Eindringen von Nahrungsmitteln in die Atemwege zu verhindern und eine Grenze zwischen dem Oropharynx - Teil hinter dem Mund - und dem Laryngopharynx - unterstes Segment - herzustellen. Die Glottis öffnet sich in den Kehlkopf ("Voice Box") und dieser weicht wiederum der Luftröhre.

Unterer Teil oder untere Atemwege

Die Luftröhre ist eine röhrenförmige Leitung mit einem Durchmesser von 15 bis 20 mm und einer Länge von 11 cm. Seine Wand ist mit Knorpelgewebe verstärkt, um ein Zusammenfallen der Struktur zu vermeiden. Dank dieser Struktur handelt es sich um eine halbflexible Struktur.

Der Knorpel befindet sich in Halbmondform in 15 oder 20 Ringen, dh er umgibt die Luftröhre nicht vollständig.

Die Ruhe verzweigt sich in zwei Bronchien, eine für jede Lunge. Die rechte Seite ist vertikaler als die linke Seite und kürzer und voluminöser. Nach dieser ersten Teilung folgen aufeinanderfolgende Unterteilungen im Lungenparenchym.

Die Struktur der Bronchien ähnelt der Luftröhre aufgrund des Vorhandenseins von Knorpel, Muskel und Schleimhaut, obwohl sich die Knorpelplatten verringern, bis sie verschwinden, wenn die Bronchien einen Durchmesser von 1 mm erreichen.

In ihnen teilt sich jeder Bronchus in kleine Röhrchen, sogenannte Bronchiolen, die zum Alveolarkanal führen. Die Alveolen haben eine einzelne, sehr dünne Zellschicht, die den Gasaustausch mit dem Kapillarsystem erleichtert.

Lungengewebe

Makroskopisch sind die Lungen durch Risse in Lappen unterteilt. Die rechte Lunge besteht aus drei Lappen und die linke hat nur zwei. Die funktionelle Einheit des Gasaustauschs ist jedoch nicht die Lunge, sondern die Alveolokapillareinheit.

Die Alveolen sind kleine Säcke in Form von Weintrauben, die sich am Ende der Bronchiolen befinden und der kleinsten Unterteilung der Atemwege entsprechen. Sie werden von zwei Zelltypen abgedeckt, I und II.

Alveolen

Typ I-Zellen zeichnen sich durch Dünnheit aus und ermöglichen die Diffusion von Gasen. Diejenigen vom Typ II sind mehr als klein als die vorherige Gruppe, weniger dünn und ihre Funktion besteht darin, eine Substanz vom Tensidtyp abzuscheiden, die die Expansion der Alveole bei der Beatmung erleichtert.

Die Zellen des Epithels sind mit Bindegewebsfasern durchsetzt, so dass die Lunge elastisch ist. Ebenso gibt es ein ausgedehntes Netzwerk von Lungenkapillaren, in denen ein Gasaustausch stattfindet.

Die Lungen sind von einer Wand aus Mesothelgewebe umgeben, die Pleura genannt wird. Dieses Gewebe wird normalerweise als virtueller Raum bezeichnet, da es keine Luft enthält und nur eine Flüssigkeit in winzigen Mengen enthält.

3D-Darstellung von Larynx Trachea Bronchi Teil des Atmungssystems.

Nachteile der Lunge

Ein Nachteil der Lunge ist, dass der Gasaustausch nur in den Alveolen und im Alveolarkanal stattfindet. Das Luftvolumen, das die Lunge erreicht, sich jedoch in einem Bereich befindet, in dem kein Gasaustausch stattfindet, wird als Totraum bezeichnet.

Daher ist der Beatmungsprozess beim Menschen sehr ineffizient. Normale Beatmung kann nur ein Sechstel der in der Lunge befindlichen Luft ersetzen. Bei einem erzwungenen Atemereignis werden 20-30% der Luft eingeschlossen.

Brustkorb

Brustkorb

Der Brustkorb beherbergt die Lunge und besteht aus einer Reihe von Muskeln und Knochen. Die Knochenkomponente besteht aus der Hals- und Rückenwirbelsäule, dem Brustkorb und dem Brustbein. Das Zwerchfell ist der wichtigste Atemmuskel im hinteren Teil des Hauses.

In die Rippen sind zusätzliche Muskeln eingeführt, die als Interkostalen bezeichnet werden. Andere sind an Atemmechaniken wie dem Sternocleidomastoid und den Schuppen beteiligt, die von Kopf und Hals kommen. Diese Elemente werden in das Brustbein und in die ersten Rippen eingeführt.

Wie funktioniert es?

Die Aufnahme von Sauerstoff ist für die Prozesse der Zellatmung von entscheidender Bedeutung, wobei die Aufnahme dieses Moleküls für die Produktion von ATP auf der Grundlage der Nährstoffe erfolgt, die beim Fütterungsprozess durch Stoffwechselprozesse gewonnen werden.

Mit anderen Worten, Sauerstoff dient dazu, Moleküle zu oxidieren (zu verbrennen) und dadurch Energie zu erzeugen. Einer der Rückstände dieses Prozesses ist Kohlendioxid, das aus dem Körper ausgestoßen werden muss. Die Atmung umfasst die folgenden Ereignisse:

Belüftung

Der Prozess beginnt mit der Erfassung von Sauerstoff in der Atmosphäre durch den Inspirationsprozess. Luft tritt durch die Nasenlöcher in die Atemwege ein und strömt durch den gesamten beschriebenen Schlauchsatz, bis sie die Lunge erreicht.

Das Einatmen von Luft - das Atmen - ist ein normalerweise unfreiwilliger Vorgang, kann jedoch von automatisch zu freiwillig übergehen.

Im Gehirn sind Neuronen im Rückenmark für die normale Regulation der Atmung verantwortlich. Der Körper ist jedoch in der Lage, die Atmung abhängig vom Sauerstoffbedarf zu regulieren.

Eine durchschnittliche Person in einem Ruhezustand atmet durchschnittlich sechs Liter Luft pro Minute, und diese Zahl kann während intensiver körperlicher Betätigung auf 75 Liter ansteigen.

Gasaustausch

Sauerstoff in der Atmosphäre ist eine Mischung von Gasen, die aus 71% Stickstoff, 20,9% Sauerstoff und einem kleinen Teil anderer Gase wie Kohlendioxid besteht.

Wenn Luft in die Atemwege gelangt, ändert sich die Zusammensetzung sofort. Der Inspirationsprozess sättigt die Luft mit Wasser und wenn die Luft die Alveolen erreicht, vermischt sie sich mit der Restluft aus früheren Inspirationen. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Partialdruck von Sauerstoff ab und der von Kohlendioxid steigt an.

In Atmungsgeweben bewegen sich Gase nach Konzentrationsgradienten. Da die Sauerstoffpartialdrücke in den Alveolen (100 mm Hg) höher sind als im Blut der Lungenkapillaren, gelangt (40 mm Hg) Sauerstoff durch einen Diffusionsprozess in die Kapillaren.

Ebenso ist die Kohlendioxidkonzentration in den Lungenkapillaren (46 mm Hg) höher als in den Alveolen (40 mm Hg), daher diffundiert das Kohlendioxid in die entgegengesetzte Richtung: von den Blutkapillaren zu den Alveolen in den Lunge.

Von Fluid-filled_alveolus2_ja.svg: Benutzer: delldot (modifiziert von Hatsukari715) abgeleitete Arbeit: OSH FPaD (Fluid-filled_alveolus2_ja.svg), über Wikimedia Commons

Gastransport

In Wasser ist die Löslichkeit von Sauerstoff so gering, dass ein Transportmittel vorhanden sein muss, um den Stoffwechselbedarf zu decken. Bei einigen kleinen Wirbellosen reicht die in ihren Flüssigkeiten gelöste Sauerstoffmenge aus, um die Anforderungen des Einzelnen zu erfüllen.

Beim Menschen würde der auf diese Weise transportierte Sauerstoff jedoch nur ausreichen, um 1% der Anforderungen zu erfüllen.

Aus diesem Grund wird Sauerstoff - und eine erhebliche Menge Kohlendioxid - von Pigmenten im Blut transportiert. Bei allen Wirbeltieren sind diese Pigmente auf rote Blutkörperchen beschränkt.

Im Tierreich ist Hämoglobin das häufigste Pigment, ein Proteinmolekül, das Eisen in seiner Struktur enthält. Jedes Molekül besteht aus 5% Häm, das für die rote Farbe des Blutes und die reversible Bindung an Sauerstoff verantwortlich ist, und 95% Globin.

Die Menge an Sauerstoff, die an Hämoglobin binden kann, hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich der Sauerstoffkonzentration: Wenn sie hoch ist, wie in Kapillaren, bindet Hämoglobin an Sauerstoff; Wenn die Konzentration niedrig ist, setzt das Protein Sauerstoff frei.

Andere Atempigmente

Obwohl Hämoglobin das in allen Wirbeltieren und einigen Wirbellosen vorhandene Atmungspigment ist, ist es nicht das einzige.

In einigen Decapod-Krebstieren, Kopffüßer-Krebstieren und Weichtieren gibt es ein blaues Pigment namens Hämocyanin. Anstelle von Eisen hat dieses Molekül zwei Kupferatome.

In vier Familien von Polychaeten gibt es das Pigment Chlorocruorin, ein Protein, das Eisen in seiner Struktur hat und eine grüne Farbe hat. Es ähnelt in Struktur und Funktion dem Hämoglobin, ist jedoch nicht auf eine Zellstruktur beschränkt und im Plasma frei.

Schließlich gibt es ein Pigment mit einer Sauerstofftransportkapazität, die viel geringer ist als die von Hämoglobin, genannt Hemeritrin. Es hat eine rote Farbe und kommt in verschiedenen Gruppen von wirbellosen Meerestieren vor.

Verbreitete Krankheit

Asthma

Es ist eine Pathologie, die die Atemwege betrifft und deren Schwellung verursacht. Bei einem Asthmaanfall entzünden sich die Muskeln um die Atemwege und die Luftmenge, die in das System gelangen kann, wird drastisch reduziert.

Der Angriff kann durch eine Reihe von Substanzen ausgelöst werden, die als Allergene bezeichnet werden, darunter Haustierfell, Milben, kaltes Klima, Chemikalien in Lebensmitteln, Schimmel, Pollen usw.

Lungenödem

Ein Lungenödem besteht aus der Ansammlung von Flüssigkeit in der Lunge, die dem Einzelnen das Atmen erschwert. Die Ursachen sind im Allgemeinen mit Herzinsuffizienz verbunden, bei der das Herz nicht genug Blut pumpt.

Der erhöhte Druck in den Blutgefäßen drückt die Flüssigkeit in die Lufträume innerhalb der Lunge und verringert so die normale Bewegung von Sauerstoff in der Lunge.

Andere Ursachen für Lungenödeme sind Nierenversagen, das Vorhandensein enger Arterien, die Blut zu den Nieren befördern, Myokarditis, Arrhythmien, übermäßig hohe körperliche Aktivität, der Gebrauch bestimmter Medikamente usw.

Die häufigsten Symptome sind Atemnot, Atemnot, Schaum- oder Blutspucken und erhöhte Herzfrequenz.

Lungenentzündung

Lungenentzündung ist eine Infektion der Lunge und kann durch eine Vielzahl von Mikroorganismen verursacht werden, darunter Bakterien wie Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Mycoplasmas pneumoniae und Chlamydias pneumoniae, Viren oder Pilze wie Pneumocystis jiroveci.

Es stellt sich als Entzündung der Alveolarräume dar. Es ist eine hoch ansteckende Krankheit, da sich die Erreger in der Luft ausbreiten und sich durch Niesen und Husten schnell ausbreiten können.

Zu den Personen, die am anfälligsten für diese Pathologie sind, gehören Personen über 65 Jahre mit gesundheitlichen Problemen. Zu den Symptomen gehören Fieber, Schüttelfrost, Schleimhusten, Atemnot, Atemnot und Brustschmerzen.

In den meisten Fällen ist kein Krankenhausaufenthalt erforderlich, und die Krankheit kann mit Antibiotika (im Fall einer bakteriellen Lungenentzündung) behandelt werden, die oral verabreicht werden, Ruhe- und Trinkflüssigkeiten.

Bronchitis

Bronchitis tritt als entzündlicher Prozess in den Röhrchen auf, die Sauerstoff in die Lunge transportieren, verursacht durch Infektion oder aus anderen Gründen. Diese Krankheit wird als akut und chronisch eingestuft.

Zu den Symptomen gehören allgemeines Unwohlsein, Schleimhusten, Atemnot und Brustdruck.

Zur Behandlung von Bronchitis wird empfohlen, Aspirin oder Paracetamol einzunehmen, um das Fieber zu senken, große Mengen an Flüssigkeiten zu trinken und sich auszuruhen. Wenn es durch ein bakterielles Mittel verursacht wird, werden Antibiotika eingenommen.

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