Atmungssystem: Unser Weg zum Gasaustausch

Das menschliche Atmungssystem besteht aus einer Reihe von Organen, die für die Aufnahme von Sauerstoff und den Ausstoß von Kohlendioxid verantwortlich sind. Das wichtigste Organ des Atmungssystems ist die Lunge, die diesen Gasaustausch beim Atmen durchführt.

Die Lunge arbeitet mit dem Kreislaufsystem zusammen, um sauerstoffreiches Blut zu allen Zellen im Körper zu pumpen. Das Blut nimmt dann Kohlendioxid und andere Abfallprodukte auf und transportiert sie zurück in die Lunge, wo sie beim Ausatmen aus dem Körper gepumpt werden, so die American Lung Association.

Der menschliche Körper braucht Sauerstoff, um sich zu erhalten. Nach nur etwa fünf Minuten ohne Sauerstoff beginnen die Gehirnzellen abzusterben, so das National Institute of Neurological Disorders and Stroke, was zu Gehirnschäden und schließlich zum Tod führen kann.

Beim Menschen hängt die durchschnittliche Atmung bzw. Atemfrequenz vor allem vom Alter ab. Die normale Atemfrequenz eines Neugeborenen beträgt etwa 40 bis 60 Mal pro Minute und kann sich auf 30 bis 40 Mal pro Minute verlangsamen, wenn das Baby schläft, so die Stanford Children’s Health. Bei Erwachsenen beträgt die durchschnittliche Atemfrequenz im Ruhezustand 12 bis 16 Atemzüge pro Minute und bei körperlicher Anstrengung bis zu 40 bis 60 Atemzüge pro Minute, so die European Respiratory Society.

Teile des Atmungssystems

Bei der Atmung gelangt der Sauerstoff in die Nase oder den Mund und passiert die Nebenhöhlen, die Hohlräume im Schädel, die die Temperatur und Feuchtigkeit der Atemluft regulieren.

Von den Nasennebenhöhlen gelangt die Luft durch die Luftröhre in die Bronchien, die beiden Röhren, die die Luft in jede Lunge leiten (jede dieser Röhren wird Bronchus genannt). Die Bronchien sind mit winzigen Flimmerhärchen ausgekleidet, die sich hin- und herbewegen und den Schleim nach oben und außen befördern. Schleim ist eine klebrige Flüssigkeit, die Staub, Keime und andere Stoffe, die in die Lunge eingedrungen sind, auffängt und die wir beim Niesen und Husten ausscheiden.

Die Bronchien teilen sich wieder auf, um Luft in die einzelnen Lungenflügel zu leiten. Die rechte Lunge hat drei Lappen, während die linke Lunge nur zwei Lappen hat, um Platz für das Herz zu schaffen, so die American Lung Association. Die Lappen sind mit kleinen, schwammigen Bläschen, den Alveolen, gefüllt, in denen der Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid stattfindet.

Die Alveolarwände sind extrem dünn (etwa 0,2 Mikrometer) und bestehen aus einer einzigen Gewebeschicht, den Epithelzellen, und winzigen Blutgefäßen, den Lungenkapillaren. Das Blut in den Kapillaren nimmt Sauerstoff auf und gibt Kohlendioxid ab. Das sauerstoffreiche Blut gelangt dann in die Lungenvene. Diese Vene transportiert sauerstoffreiches Blut zur linken Seite des Herzens, von wo aus es in alle Teile des Körpers gepumpt wird. Das Kohlendioxid, das das Blut zurücklässt, wandert in die Lungenbläschen und wird mit der Ausatmung ausgestoßen.

Das Zwerchfell, ein kuppelförmiger Muskel am unteren Ende der Lunge, kontrolliert die Atmung und trennt die Brusthöhle von der Bauchhöhle. Wenn Luft eingeatmet wird, spannt sich das Zwerchfell an und bewegt sich nach unten, so dass die Lunge mehr Platz hat, sich mit Luft zu füllen und auszudehnen. Beim Ausatmen dehnt sich das Zwerchfell aus und drückt die Lunge zusammen, so dass die Luft herausgedrückt wird.

Erkrankungen des Atmungssystems

Krankheiten und Beschwerden des Atmungssystems lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Infektionen wie Influenza, bakterielle Lungenentzündung und Enteroviren sowie chronische Krankheiten wie Asthma und chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD). Laut Dr. Neal Chaisson, der an der Cleveland Clinic Lungenheilkunde betreibt, kann man bei Virusinfektionen nicht viel tun, außer sie auslaufen zu lassen. „Antibiotika sind bei der Behandlung von Viren nicht wirksam, und das Beste, was man tun kann, ist, sich auszuruhen“, sagte er.

Für die meisten gesunden Menschen ist eine Infektion die häufigste Atemwegserkrankung, mit der sie konfrontiert werden, so Dr. Matthew Exline, Lungenarzt und Experte für Intensivmedizin am Ohio State University Wexner Medical Center. Ein Husten ist das erste Symptom, möglicherweise begleitet von Fieber.

„Husten kann jedoch auch ein Anzeichen für chronische Atemwegserkrankungen wie Asthma, chronische Bronchitis oder Emphysem sein“, sagte er. „

Asthma ist eine chronische Entzündung der Atemwege in der Lunge, die Husten, Keuchen, Engegefühl in der Brust oder Kurzatmigkeit verursacht, so Tonya Winders, Präsidentin des Allergy & Asthma Network. Diese Anzeichen und Symptome können sich verschlimmern, wenn eine Person ihren Auslösern ausgesetzt ist, zu denen Luftverschmutzung, Tabakrauch, Fabrikdämpfe, Reinigungsmittel, Infektionen, Pollen, Nahrungsmittel, kalte Luft, Bewegung, Chemikalien und Medikamente gehören können. Nach Angaben der CDC leiden mehr als 25 Millionen Menschen (oder 1 von 13 Erwachsenen und 1 von 12 Kindern) in den Vereinigten Staaten an Asthma.

COPD, manchmal auch chronische Bronchitis oder Emphysem genannt, ist eine chronische und fortschreitende Krankheit, bei der der Luftstrom in und aus der Lunge abnimmt und das Atmen erschwert. Mit der Zeit entzünden sich die Atemwege in der Lunge und verdicken sich, so dass es schwieriger wird, überschüssiges Kohlendioxid abzutransportieren, so die American Lung Association. Wenn die Krankheit fortschreitet, leiden die Patienten unter Kurzatmigkeit und können in ihrer Aktivität eingeschränkt sein. Nach Angaben der CDC sind mehr als 15 Millionen Amerikaner von COPD betroffen.

Lungenkrebs wird häufig mit dem Rauchen in Verbindung gebracht, doch die Krankheit kann auch Nichtraucher betreffen. Er ist sowohl bei Männern als auch bei Frauen die zweithäufigste Krebserkrankung, noch vor Prostatakrebs und Brustkrebs. Die American Cancer Society schätzt, dass es im Jahr 2019 in den Vereinigten Staaten etwa 228.150 neue Fälle von Lungenkrebs (116.440 bei Männern und 111.710 bei Frauen) und etwa 142.670 Todesfälle durch Lungenkrebs (76.650 bei Männern und 66.020 bei Frauen) geben wird.

Additional resources:

• Read more about the anatomy of the respiratory system from the University of Rochester Medical Center.
• Watch „Meet the Lungs,“ from the Khan Academy.
• Check out this useful diagram of the respiratory system, from The Lung Association.

This article was updated on Aug. 23, 2019, by Live Science Contributor Sarah Derouin.