Das menschliche Atmungsystem

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Das menschliche Atmungssystem
2.1 Die Atmung
2.2 Atemmuskulatur und Atemtypen
2.3 Die Anatomie der unteren Atemwege mit Schwerpunkt auf der Lunge
2.3.1 Der Kehlkopf
2.3.2 Die Luftröhre
2.3.3 Die Bronchien
2.3.4 Die Lunge
2.4 Die Lungenerkrankung COPD
2.4.1 Symptome
2.4.2 Ursachen
2.4.3 Therapie

3. Problematik Rauchen
3.1 Inhaltsstoffe einer Zigarette und deren Folgen
3.1.1 Nikotin
3.1.2 Kohlenstoffmonoxid
3.1.3 Tabakteer
3.2 Zusammenfassung der Ergebnisse

4. Ein Nachtrag der Autorin

5. Literaturverzeichnis

6. Anlagenverzeichnis

1. Einleitung

Die Atmung und die damit verbundenen Organe sind genauso lebensnotwenig wie beispielsweise unser Herz oder die Leber. Frei atmen zu können, ohne groß darüber nachdenken oder unseren Körper daran erinnern zu müssen, ist ein großes Geschenk der Natur. Aus diesem Grund kann man mein Interesse an diesem Thema wahrscheinlich nachvollziehen, aber ich werde dennoch näher auf meine Beweggründe eingehen. Die vorliegende wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit dem Thema: „Das menschliche Atmungssystem und die Folgen des Rauchens“.

Damit die Leser meiner Facharbeit stets den Überblick behalten, teile ich meine Arbeit in 2 Kernbereiche. Im ersten Teil setze ich mich konkret mit dem Atmungssystem des Menschen auseinander und gehe dabei auf folgende Unterpunkte ein: die Atmung, Atemtypen mit deren Atemmuskulatur, die Anatomie der Lunge und die Lungenerkrankung COPD. Was würde passieren, wenn eines der menschlichen Atemorgane versagt? Welche Funktion hat jedes einzelne Atemorgan?

Durch den Themenpunkt 2.4, in welchem ich mich mit der Lungenerkrankung COPD beschäftige, konnte ich eine sehr gute Überleitung zum zweiten Teil mit dem Oberbegriff „Problematik Rauchen“ herstellen. Hier möchte ich die Zigarettenbestandsteile Nikotin, Kohlenstoffmonoxid und Tabakteer näher betrachten. Mir war es besonders wichtig die Inhaltsstoffe der Zigarette und deren einzelne Wirkungen auf den Körper zu recherchieren. Somit konnte ich die Bedeutung der Zigarette für manche Menschen vielleicht besser nachvollziehen oder aber auch die Gefahren für uns Menschen zusammengefasst besser darstellen.

Ich wählte mir dieses Thema eigenständig, weil mein nächster Meilenstein im Leben ein universitäres Studium werden soll, in dem ich beabsichtige Lehramt an Mittelschulen in der Fächerkombination Deutsch und Biologie zu studieren. Aus diesem Grund suchte ich mir im sächsischen Lehrplan ein passendes Thema heraus und stieß in der Klassenstufe 7 auf das Thema Atmungsorgane. Lehrplanrelevant sind dabei der Bau und die Funktion der Lunge, die Lungenbläschen mit Erklärung des Gasaustausches und die Aufklärung bezüglich der Schädlichkeit des Rauchens.

Eine weitere Intention mich mit diesem Thema näher zu beschäftigen, ist die Hoffnung vor allem Raucher in meiner Umgebung zum Umdenken zu bewegen. Da ich fast die einzige Nichtraucherin in meinem engeren Bekanntenkreis bin, fand ich es zudem wichtig darauf hinzuweisen, welche Gefahren man sich selbst und vor allem auch den Menschen in seiner Umgebung zumutet. Dafür musste ich die Atemorgane mit ihren Funktionen genauer kennenlernen, verstehen und die Wichtigkeit begreifen. Nur so kann ich mit Hilfe meiner Ausarbeitung geeignete Argumente entwickeln, um auf dieser Basis Menschen zum Nachdenken zu bewegen und so vielleicht eine Änderung ihres Verhaltens anzustoßen. Das wäre immerhin ein Anfang.

2. Das menschliche Atmungssystem

Das Atmungssystem, wie auch unser kompletter Organismus, ist ein Resultat von über 400 Millionen Jahren Entwicklung. Forscher haben im Laufe dieser Zeit herausgefunden, dass alle Lebewesen, so wie sie uns gegenwärtig bekannt sind, wohlmöglich von Tieren abstammen, welche aus dem Wasser ans Land übergesiedelt sind. Die menschliche Lunge, genauso wie die der Vögel und Reptilien, ist demnach ein komplexes Erzeugnis von mehreren Millionen Jahren Evolution und genauso facettenreich wie einzigartig. Zu Beginn dieser Zeit hatten alle Lebewesen Kiemen, die sie mit dem Leben auf dem Land nicht vereinbaren konnten. Aus diesem Grund passten sich die ursprünglichen Meereslebewesen ihrem neuen Lebensraum an. Das war der Beginn der Entstehungsgeschichte menschlicher sowie tierischer Lungen als Atmungsorgane. Man geht davon aus, dass die damaligen Meereslebewesen den heutigen Lungenfischen (Anlage 1) am Ähnlichsten sind. Die normalen Kiemen, die auch heute noch bei Wasserlebewesen bekannt sind, liegen offen am Körper und trocknen aus diesem Grund sehr schnell aus. Das Leben an Land ist ihnen unmöglich.

Der Mensch besitzt viele Organe und jedes hat seine eigene Aufgabe. Die Einen sind lebensnotwenig, die Anderen könnte man sogar entfernen (wie z.B. die Gallenblase). Die neu entwickelten, an Land lebenden Tiere, begannen die Luft zu schlucken. Dies haben die Lungenfische, aber auch Amphibien, bis heute nicht verändern. Das Schlucken der Luft wird durch einen erweiterten Teil des oberen Verdauungstraktes, der mit Blutgefäßen umgeben ist, ermöglicht.¹

Organe sind Bestandteile des menschlichen Körpers, die aus Geweben bestehen und denen zugleich unterschiedliche Funktionen zugewiesen sind. Die Liste der Organe von Lebewesen ist enorm lang und spezifisch. Das Herz, das Gehirn, die Leber, der Magen und vor allem die Lunge zählen zu den wichtigsten Organen in unserem Körper.² Die Lunge ist ein Bestandteil unseres Respirationstraktes (Atmungssystem) und vor allem den unteren Atemwegen zugeordnet. Wenn man das Atmungssystem näher erklären möchte, muss man grundlegend zwei Bereiche unterscheiden, die oberen und unteren Atemwege. Die Nase mit der Nasenhöhle, der Mund sowie Rachen und Kehlkopf bilden den oberen Teil unseres Atmungssystems und werden deshalb auch als obere Atemwege bezeichnet. Zu den unteren Atemwegen zählen die Luftröhre, die Bronchien und die Lungenflügel.³

Das Atmungssystem, mit dem zentralen Organ Lunge, ist hauptsächlich für das Ein- und Ausatmen zuständig. Diesen Prozess nennt man auch Gasaustausch des Respirationstraktes, welcher in den Alveolen (Lungenbläschen) stattfindet. Beim Einatmen (Inspiration) gelangt Sauerstoff in den Rachen oder die Nase durch die Luftröhre in die Lunge. Beim Ausatmen (Exspiration) wird im Gegensatz zum Einatmen, bei dem Sauerstoff aufgenommen wird, Kohlenstoffdioxid in die Umwelt wieder abgegeben. Um das Atmen jedoch erst zu ermöglichen benötigt der Mensch einen Atemmuskel, welcher Zwerchfell genannt wird.⁴

Genauere Abläufe und Prozesse während des Gasaustauschs und wofür genau welches Organ zuständig ist, wird nun im folgenden Abschnitt 2.1 erläutert.

2.1 Die Atmung

Wenn man nach dem Begriff „Atmung“, in Bezug auf den Menschen, im Internet oder in Fachliteratur sucht, stößt man sehr schnell auf den Begriff „Gasaustausch“. Diese zwei Begriffe werden deshalb so stark miteinander in Zusammenhang gebracht, weil sie im Endeffekt dieselbe Bedeutung haben. „Gasaustausch“ ist fachlicher, weil direkt darauf hingewiesen wird, was im menschlichen Organismus vor sich geht, wenn Luft in unseren Körper dringt und wieder herausströmt.

Das Atmen ist ein rhythmischer Prozess und der Sauerstoff sowie der Kohlenstoff belüften den kompletten Respirationstrakt. Dabei kann man die Atmung noch in innere und äußere Atmung unterscheiden. Die äußere Atmung umfasst die Lungenatmung. Ist die Luft in der Lunge angekommen, wird sie von dort von zahlreichen Lungenbläschen in die Blutbahnen transportiert, um die Zellatmung (innere Atmung) zu gewährleisten. Die innere Atmung ist also dafür zuständig, mit der im Blut eingeatmeten Luft die Körperzellen mit ausreichend Sauerstoff zu beliefern, Kohlenstoffdioxid abzubauen und diesen über die Blutbahnen zurück zu den Alveolen zu transportieren. Die Körperzellatmung benötigt während den Ruhephasen, d.h. wenn der Mensch sich in einer entspannten Situation mit Ruhepuls (60- 80 Schläge/min) befindet, in etwa 250 ml Sauerstoff pro Minute. Außerdem müssen die Zellen die gleiche Menge an Kohlenstoffdioxid wieder abgeben. Dafür braucht ein gesunder, erwachsener Körper pro Minute circa 18 Atemzüge.⁵

Die Aufnahme von Sauerstoff und die Abgabe von Kohlenstoffdioxid in bzw. aus den Zellen und Arterien finden durch Diffusion zwischen der Alveolenwand und den Blutkapillaren statt.⁶ Die Diffusion ist eine Stoffbewegung, bei der die aufzunehmenden Stoffe durch die Zellwand in das Zellinnere transportiert werden. Könnten Zellen diesen Prozess nicht durchführen, wäre es keinem Lebewesen auf dieser Welt möglich zu überleben. Auch Pflanzen verwenden diese Art der Stoffbewegung, z.B. während der Fotosynthese.

Es werden demnach die in der Luft enthaltenen Gase eingeatmet, im Körper verarbeitet und als veränderte Gaszusammensetzung wieder ausgeatmet.

Die Luft, welche wir tagtäglich einatmen, besteht aus 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff, ca. 1% Edelgasen und 0,03% Kohlenstoffdioxid. Bei der Inspiration nehmen wir diese Stoffe also durch unsere oberen Atmungsorgane auf und leiten sie an die unteren weiter. In den Lungenbläschen findet dann der lebensnotwendige Prozess des Gasaustausches statt. Die eingeatmete Luft kommt jedoch nur zum Teil in den Alveolen an, weil die Luftröhre und die Bronchien die restliche Luft zur Befeuchtung und Erwärmung unserer eingeatmeten Luft benötigt. Diese Luft, welche nicht am Gasaustausch teilnimmt, nennt man auch „anatomischen Totraum“. Sie ist aber nicht unnötig, denn spätestens beim Ausatmen vermischt sich die dort vorhandene Luft mit den von der Lunge kommenden und veränderten Gasen. Der Stickstoffanteil sowie der Anteil an Edelgasen, welcher beim Ausatmen wieder in die Umwelt ausgestoßen wird, bleibt der gleiche. Der Sauerstoff reduziert sich auf 16% und der Anteil an Kohlendioxid steigt auf 4% an. Dies bedeutet, dass der Mensch während des Gasaustauschs Sauerstoff in den Körper bzw. das Blut aufnimmt und Kohlenstoffdioxid abbaut. Im Sprachgebrauch nennt man die ausgeatmete Luft auch „verbrauchte Luft“, weil sie nicht mehr so reichhaltig an existenziellem Sauerstoff, wie die der Frischluft aus der Umwelt, ist.⁷

Die In- und Exspiration sind aber nicht die einzigen Aufgaben des Respirationstraktes. Man fand heraus, dass die Atmungsorgane auch noch zwei weitere wichtige Aufgaben haben. Denn auch das Sprechen und das Riechen werden durch den Gasaustausch beeinflusst und somit nehmen die Atmungsprozesse auch hier starken Einfluss auf unsere alltäglichen Aufgaben. Das Sprechen beispielsweise wird durch die Vibration der Stimmbänder ermöglicht, welche durch die zirkulierende Atemluft ausgelöst wird.⁸

Die Atmung unterscheidet sich anhand des Geschlechtes. Es gibt mehrere Atemtypen, welche verschiedene Atemmuskeln beanspruchen. Darüber sind im nächsten Punkt „Atemmuskulatur und Atemtypen“ interessante Informationen zusammengefasst.

2.2 Atemmuskulatur und Atemtypen

Während des Atmungsprozesses ist die Atemmuskulatur unabdingbar. Hierfür übernimmt das Zentralnervensystem im Atemzentrum die Steuerung und Kontrolle. Die Atemmuskulatur zählt, neben den vielen anderen Muskeln im Körper, zu der am meisten beanspruchten. Vor allem gehört das Zwerchfell (Diaphragma) als Hauptatemmuskel dazu. Das Zwerchfell trennt die Bauch- von der Brusthöhle und wird durch einen peripheren Nerv namens Nervus phrenicus angeregt. Der kostale Anteil, der an den Rippen befestigt ist, verläuft parallel zum Rippenbogen und ist unmittelbar mit der Zentralsehne des Zwerchfells verbunden, wodurch die Atembewegung ermöglicht wird (Anlage 2). Außerdem darf man die anderen Atemmuskeln nicht außer Acht lassen: auch die Interkostalmuskeln, die Atemhilfsmuskeln sowie die Abdominalmuskeln sind unterstützende und lebensnotwenige Muskeln. Ohne die Zusammenarbeit aller Muskelarten wäre der menschliche Organismus nicht in der Lage die Ventilation durchzuführen. Die Interkostalmuskeln ermöglichen den Menschen das Heben der Rippen und der damit verbundenen Weitung des Brustkorbes während der Inspiration. Andersrum senken sie die Rippen und ermöglichen die notwendige Verkleinerung des Brustraumes nach der Exspiration. Hierfür benötigt der menschliche Körper zusätzlich die inneren und äußeren Zwischenrippenmuskeln. Die Atemhilfsmuskeln können auch akzessorische Muskeln genannt werden. Die jeweiligen Atemhilfsmuskeln, die sich am Kopf, am Schultergürtel oder der Wirbelsäule befinden, zählen zum Prozess der Inspiration. Bei der Exspiration benötigt der Mensch vor allem den hinteren unteren Sägezahnmuskel, der sich an der unteren Wirbelsäule befindet (Anlage 3), und die Bauchmuskulatur. Diese Hilfsmuskeln unterstützen vorranging Menschen mit Atemproblemen.

Menschen mit Atemnot zum Beispiel stützen sich oft an Gegenstände und aktivieren damit unbewusst die inspiratorischen Hilfsmuskeln. Dadurch wird vor allem der Schultergürtelmuskel aktiviert und ermöglicht nun die Atmung schnellstmöglich wieder in den Normalrhythmus zu bekommen.

Die Abdominalmuskeln werden durch die queren und schrägen Bauchmuskeln gebildet und unterstützen den Körper und den Respirationstrakt beim Husten oder bei anstrengender, tiefer Atmung. Sie bewahren die Organe vor inneren Verletzungen beim Rückstoß der Lungen. Zudem helfen sie dem Zwerchfell bei der Inspiration wieder in den Thorax (Brustkorb) gedrückt zu werden, denn nur aus dieser Lage kann sich das Zwerchfell auf das nächste Einatmen vorbereiten.⁹

Atemtypen unterscheidet man daran, welche Muskulatur für die Ventilation beansprucht wird. Manche Typen verwendet unser Körper auch um sich nach Verletzungen zu schonen oder Asthma-Anfälle zu überleben. Auch hier hat sich der menschliche Organismus an medizinische und biologische Eingriffe angepasst, damit eine kontinuierliche Ventilation gewährleistet werden kann. Dabei unterscheiden Mediziner und Wissenschaftler 5 Atemtypen, die Brust-, Bauch-, Misch- und Auxiliaratmung, sowie die paradoxe Atmung. Diese Atemtypen werden in den unterschiedlichsten Situationen aktiviert.

Die Brustatmung ist vor allem bei Frauen physiologisch erkennbar. Dabei bewegt sich beim In- und Exspirieren der komplette Brustkorb. Der männliche Körper benutzt diesen Typ aber auch nach Verletzungen am Bauch oder Operationen und nutzt sie als Schonatmung. Andersrum unterstützt die Bauchatmung bei Brustkorbverletzungen die Muskulatur in diesem Bereich. Diese Zusammenarbeit lässt uns auch schwerere Unfälle überleben.

Die Bauchatmung wurde vorwiegend bei Männern und Säuglingen nachgewiesen. Die Organe des Bauchraumes werden durch diese Art der Atmung nach oben gedrückt und das Diaphragma verflacht, dadurch atmen Männer und Säuglinge tiefer und vor allem ruhiger.

Bei der Mischatmung wechselt man zwischen Bauch- und Brustatmung.

Ganz anders funktioniert die Auxiliaratmung, sie wird nur aktiviert wenn ein Mensch an schweren Atemproblemen, zum Beispiel an Asthma, leidet. Durch die Stützhaltung werden die akzessorischen Muskeln in Anspruch genommen und der Patient verspannt. Dieser Prozess dient jedoch als Schutzmechanismus, weil dadurch Stabilitätsprozesse des Respirationstraktes eingeleitet werden können.¹⁰

Die paradoxe Atmung passiert nur bei Instabilität des Thoraxes oder einer Zwerchfelllähmung. Bei diesem Typ zieht man beim Einatmen den Thorax zusammen und bei Ausatmen weitet sich dieser, was demnach komplett konträr zum normalen Atmungsprozess ist.¹¹

Dem menschlichen Körper ist es also möglich, auch nach starken Verletzungen der Atemorgane durch veränderte Atemtechniken den Körper am Leben zu erhalten. Auch dieses Phänomen ist ein Produkt jahrtausendlanger Evolution. Schaut man sich nun die Atemorgane des Respirationstraktes näher an, so erkennt man sofort, dass jeder Teil eines Lebewesens eine bestimmt Aufgabe hat.

2.3 Die Anatomie der unteren Atemwege mit Schwerpunkt auf der Lunge

Wie unter dem Punkt 2 „Das menschliche Atmungssystem“ bereits dargelegt, teilt man das Atmungssystem in obere und untere Atemwege ein. In diesem Abschnitt wird jedoch nur auf die unteren Atemwege und deren Organe eingegangen, weil im Laufe dieses Abschnittes genauer das Organ Lunge betrachtet werden soll.

Die Lunge ist das Organ mit dem wir atmen. Ihre wichtigsten Aufgaben sind einerseits das Blut mit Sauerstoff anzureichern und andererseits das Blut von schädlichem Kohlenstoffdioxid zu entschlacken. Der Aufbau einer Lunge wird oft bildhaft mit einem Baum verglichen, weil die Verästelung der Bronchien und die der Luftröhre den Ästen und dem Stamm eines Baumes stark ähneln. Zudem nennt man den Komplex der Bronchien in seiner Gesamtheit Bronchialbaum (Anlage 4). Das eigentliche Funktionselement der Lunge sind jedoch die Alveolen.

[...]

¹ vgl. Hecker, Claudia (2003) S. 9

² vgl. Rudolph, Dennis (2015)

³ vgl. Hecker, Claudia (2003) S. 16-18

⁴ vgl. Lungenliga: Die Lunge: unser zentrales Atmungsorgan

⁵ vgl. Rohen, Lütjen-Drecoll (2001) S. 174

⁶ vgl. Kasper, Martina (2000) S.33-35

⁷ vgl. ebd. (2000) S.33-35

⁸ vgl. Rohen, Lütjen-Drecoll (2001) S. 174

⁹ vgl. Kasper, Martina (2000) S. 25-27

¹⁰ vgl. ebd. (2000) S. 48-49

¹¹ vgl. DocCheck Flexikon: Paradoxe Atmung