Meine Atmungsmaschine

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Wie sieht meine Lunge aus und wie arbeitet sie?

Denke daran, dass deine Lunge nicht einfach ein mit Luft gefüllter Ballon ist. Vielmehr sieht deine Lunge so aus wie ein auf den Kopf gestellter Baum. Sie besteht aus Millionen winziger Luftsäckchen, den Lungenbläschen. Die Luftröhre ist wie der Baumstamm, der sich in die beiden Lungenflügel verzweigt. In diesem Kapitel wirst du so tun, als wärst du ein winzig kleiner Kundschafter, der die menschliche Atmungsmaschine erforscht.

Lass uns anfangen, das Innere der Atmungsmaschine zu erforschen, um herauszufinden, wie Luft in die Lunge gelangt. Die Atemwege zur Lunge beginnen mit Nase und Mund.

Die Schleimhäute sind warm und feucht. Schleim ist ein Sekret, welches in den Zellen in der Luftröhre hergestellt wird. Der Schleim sorgt dafür, dass Schmutzpartikel aus der Luft gefiltert werden. Die Ausstülpungen in der Nasenhöhle bewirken eine Verwirbelung der Luft. Dabei wird die Luft etwas angefeuchtet. Aber du atmest ja auch durch den Mund! Wenn du durch deinen Mund atmest, geht die Luft direkt in die Luftröhre. Vielleicht ist dir schon einmal aufgefallen, dass sich der Mund dann trocken und kratzig anfühlt.

Anmerkung

Was meinst du?
Erkältungsmittel – z. B. abschwellende Nasentropfen oder Nasensprays – verringern die Schleimproduktion. Die Schleimproduktion im Körper ist allerdings, wie du schon gelernt hast, dazu da, Fremdkörper und Keime wieder loszuwerden. Glaubst du, dass es klug ist, abschwellende Mittel zu verwenden? Warum oder warum nicht?



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Vertiefung

Wusstest du schon? Wenn du einen Tennisball sehr fest schlägst, erreicht er eine Geschwindigkeit von bis zu 80 km/h. Wenn du einen Baseball sehr fest schlägst, kann er eine Geschwindigkeit von bis zu 130 km/h erreichen. Wenn du hustest, können die Partikel und Wassertropfen aus deinen Atemwegen eine Geschwindigkeit bis zu 160 km/h erreichen.



Manchmal kannst du dich am Essen, das am Kehldeckel (Epiglottis) vorbei in die Luftröhre gelangt, verschlucken, wenn du beispielsweise gleichzeitig isst und redest oder lachst. Wenn das passiert, musst du husten. Sobald Essenspartikel in die Nähe des Kehldeckels gelangen, wo sie nicht hingehören, löst das einen Hustenreiz aus. Dabei schleudert der aus der Lunge kommende Luftdruck die verirrten Essensreste wieder aus der Luftröhre, um diese zu reinigen. Wir werden über Husten und Verschlucken später in diesem Kapitel mehr erfahren. Was du aber hier lernen solltest, ist, dass der Kehldeckel deine Stimmbänder und Luftröhre verschließt, wenn du schluckst. Das erklärt, warum du nicht gleichzeitig essen und reden kannst, und es erklärt ebenfalls, warum es keine gute Idee ist zu lachen, wenn du Essen oder Flüssigkeit in deinem Mund hast.

Vertiefung

Wusstest du schon?
Bei einer richtig schweren Erkältung sind deine Atemwege mit Erregern infiziert. Diesen Infekt nennt man Bronchitis, da deine Bronchien oder Bronchiolen von Viren oder Bakterien angegriffen werden.



Lass uns nun zu unserer Erkundungsreise durch die Lunge zurückkehren. Nun bist du am Kehldeckel vorbei in die Luftröhre gelangt. Du bemerkst, dass die Wände der Luftröhre aus Knorpelringen bestehen. Du kannst die Luftröhre am vorderen unteren Teil deines Halses spüren, wenn du von außen auf deinen Hals drückst. Unter diesen Knorpelringen verzweigt sich die Luftröhre in zwei Röhren, eine für jeden Lungenflügel. Diese Röhren nennt man Bronchien. Wie ein Baum, der viele Äste hat, die sich verzweigen und gabeln, verzweigen sich auch die Röhren der Bronchien zu immer kleiner werdenden Röhren, den Bronchiolen. Bei jeder Gabelung der Röhre werden die abzweigenden Röhren kleiner. Nach ungefähr 16 Verzweigungen der Bronchien und Bronchiolen endet der Weg in einer Traube von Alveolen, den kleinen Lungenbläschen.

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Aufgabe

Atemwege
Skizziere und beschrifte die Abbildung 4.9 in deinem Hefter.

Die Alveolen

Die Alveolen sind sehr wichtig für die Atmung, da in ihnen Sauerstoff abgegeben und Kohlenstoffdioxid aufgenommen wird. Um genug Sauerstoff aufzunehmen, brauchst du ausreichend Alveolen. Lass uns die Alveolen näher betrachten, um herauszufinden, warum wir so viele von ihnen brauchen.

Wie viele Alveolen oder Lungenbläschen hast du? Wie groß sind Alveolen? Denke zunächst über die winzigen Röhren nach, die in die Alveolen münden. Die Äste der Bronchiolen verzweigen sich zu immer kleiner werdenden Ästen. Wenn deine Luftröhre sich in zwei kleinere Röhren gabelt und jede dieser Röhren sich jeweils erneut gabelt, wie viele Röhren hättest du insgesamt? Wenn diese Verzweigung zwanzig Mal wiederholt, wie viele Röhren hättest du dann? Eine sehr hohe Anzahl an Röhren, oder? Die Anzahl der Alveolen ist noch viel höher, da jede Röhre der letzten Verzweigung in je 60 bis 70 Alveolen mündet. Die Alveolen sind wie Weintrauben in einer Rebe angeordnet. Wie viele Alveolen hättest du dann insgesamt?

Was ist die Aufgabe der Lungenbläschen (Alveolen)?

Die Lungenbläschen sind dazu da, dein Blut mit Sauerstoff (O2) anzureichern, den du aus der Luft einatmest. Wenn du ausatmest, entlassen die Alveolen Kohlenstoffdioxid (CO2) aus deinem Blut in die Atemluft.

Blut, das reich an Kohlenstoffdioxid und arm an Sauerstoff ist, strömt in großen Blutgefäßen, den Arterien, von deinem Herzen zur Lunge. Diese Arterien verzweigen sich in dünner und dünner werdende Blutgefäße, die Arteriolen, bis sie sich in die kleinsten Blutgefäße aufteilen, die sogenannten Kapillaren. Diese dünnen Kapillaren umgeben jede Alveole. Das Blut in den Kapillaren tauscht Gase über die dünne Membran der Alveolen aus. Diese Gase können sowohl die dünne Kapillarmembran als auch die Alveolmembran durchdringen. Diesen Prozess nennt man Diffusion. Diffusion ist, wie du bereits in Kapitel 1 gelernt hast, die passive Bewegung von Teilchen aus einem Bereich höherer Konzentration in einen Bereich niedrigerer Konzentration. Zum Beispiel: Nehmen wir an, dass es eine große Menge Kohlenstoffdioxid und eine geringe Menge Sauerstoff im Blut gibt. Aber in den Alveolen befindet sich eine große Menge Sauerstoff und eine geringere Menge Kohlenstoffdioxid. Bei einer Diffusion würde der Sauerstoff aus der Region der höheren Konzentration, also den Alveolen, in den Bereich der niedrigeren Konzentration, also das Blut, wandern. Gleichzeitig diffundiert das Kohlenstoffdioxid aus dem Bereich höherer Kohlenstoffdioxid-Konzentration, also dem Blut, in den Bereich niedrigerer CO2-Konzentration, also in die Alveolen. Diffusion schafft demzufolge einen Konzentrationsausgleich von Teilchen (in diesem Fall Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid).

Wie viel Luft atmest du?

Wie viel Luft passt in Wirklichkeit in deine Lunge? Das wollen wir nun herausfinden. Bevor du anfängst, die Luft bei der Ein- und Ausatmung zu messen, solltest du beachten, dass es immer Restluft in deinen Atemwegen und der Lunge gibt. Wenn du also einen großen Atemzug nimmst und dann wieder so viel Luft ausatmest, wie du kannst, würde deine Lunge dann völlig leer sein? Nicht alle deine Atemwege können völlig kollabieren (zusammenfallen), wenn keine Luft mehr in ihnen ist. Ein Beispiel hierfür ist die knorpelhaltige, stabile Luftröhre. Noch nicht einmal die Alveolen kollabieren völlig bei der Ausatmung. Da du dies jetzt weißt, nochmal dieselbe Frage: Wenn du einen großen Atemzug nimmst und dann wieder so viel Luft ausatmest, wie du kannst, wäre deine Lunge dann völlig leer? Die Menge Luft, die pro Minute eingeatmet wird, ist abhängig von der Größe, dem Alter und der gesundheitlichen Verfassung des Menschen. Ein weiterer Faktor ist die Tätigkeit. In Ruhe werden von einem erwachsenem Menschen ca. 4,5 bis 9 Liter Luft eingeatmet. Bei einem Sportwettkampf können es 45 bis 95 Liter sein.

Wenn du ausatmest, bleibt immer Luft in deinen Atemwegen und der Lunge zurück. Diesen Raum nennt man Totraum. Dass diese Luft bei der Ein- und Ausatmung zurückbleibt, hat einen Grund. Die luftführenden Röhren, also die Luftröhre, die Bronchien und die Bronchiolen, kollabieren nicht, wenn du ausatmest. Deine Alveolen kollabieren ebenfalls nicht komplett, wenn du ausatmest. Folglich bleibt immer etwas Luft in deiner Lunge zurück. Diese Restluft, die zwischen den Atemzügen in der Lunge zurückbleibt, enthält etwas Sauerstoff. Das ist der Grund dafür, dass bei der Wiederbelebung dem Wiederzubelebenden genug Sauerstoff zugeführt wird. Allerdings würde der Sauerstoff in der Restluft nicht ausreichen, wenn du nicht bald wieder frischen Sauerstoff mit dem nächsten Atemzug einatmen würdest.

Aufgabe

Fragen zur Überprüfung

  1. Erläutere die Rolle jedes Teils deines Atmungssystems, von deiner Nase bis zu den Alveolen.
  2. Wie sind deine Lungenflügel gebaut, um die Sauerstoffaufnahme bei jedem Atemzug zu maximieren?
  3. Was passiert in deiner Lunge, wenn du die Luft anhältst?

Einzelnachweise