Atmung Funktion der Lungen („äußere Atmung“ ? „innere Atmung ...

PD Dr. Theodor Stemper – Vorlesung: Biologische Grundlagen II (Sportphysiologie)
Atmung
Funktion der Lungen („äußere Atmung“ ? „innere Atmung“ im Muskel):
• O2-(Sauerstoff-)Aufnahme
• CO2-(Kohlendioxid-)Abgabe; damit Regulation des Säure-Basen-Haushaltes
• [NB: „innere Atmung“ bzw. „Gewebeatmung“ = Oxidation von Nährstoffen
unter Energiegewinnung mit Endprodukten H2O (Wasser), und CO2
(Kohlendioxid), z.B. in Mitochondrien der Muskelzelle)
Energieversorgung der Körpergewebe (Muskel):
• Sicherung von O2-Aufnahme und CO2-Abgabe erfolgt durch die Atmung
und den Kreislauf
• oxidativer Stoffwechsel in Ruhe und Belastung; bei Muskelarbeit gesteigerter
Energiestoffwechsel, O2-Angebot und CO2-Abtransport erhöht

PD Dr. Theodor Stemper – Vorlesung: Biologische Grundlagen II (Sportphysiologie)
Anatomische Grundlagen
(Weg der eingeatmeten Luft, vgl. Abb.) I
obere Luftwege im Kopfbereich
• Nasenhöhlen -
Nasenwege sind gekammert, die Oberfläche wird vergrössert, die Luft wird
angefeuchtet
Funktion der Nasenhöhlen
• Erwärmung: reine Nasenatmung bewirkt 37°C im Rachen
• Anfeuchtung (Nasenschleimhaut, Tränenflüssigkeit): verhindert
Austrocknung der Schleimhäute in Kehlkopf und Bronchien
• Säuberung (Schleimfilm, Flimmerhaare)
[außerdem: Riechfunktion und Resonanzorgan]
• Mundhöhle
• Rachen (Pharynx): 10-15 cm langer muskulärer Schlauch, Mitte: Kreuzung
Atem- und Speiseweg
• Kehlkopf (Larynx): Schild-, Ring- und Stell-Knorpel (2); [Stimmbänder]

PD Dr. Theodor Stemper – Vorlesung: Biologische Grundlagen II (Sportphysiologie)
Anatomische Grundlagen
(Weg der eingeatmeten Luft, vgl. Abb.) II
untere Luftwege im Brust-(Rumpf-)bereich
• Luftröhre (Trachea): 10-12 cm; ventral zu Speiseröhre, bei Th 4 – Teilung in:
• Luftröhrenäste (Stammbronchien), glatte Muskulatur, können ihre Weite
aktiv verändern, Strömungswiderstand sinkt; Teilung („Äste des Baumes“) in:
• Kleinste Luftröhrenäste (Bronchiolen), enden nach 23. Teilung in:
• Lungenbläschen (Alveolen), ca. 300 Millionen
Funktionsprinzip im Gastransport
• Konvektion: Gastransport über lange Strecken mit großer Geschwindigkeit
Kreislauf: Blut als Transportmittel (flüssig), Herz = Ventilpumpe (bis 35 l/min)
Atemorgane: Blasebalgsystem aus Lunge, Thorax und Atemmuskulatur;
verarbeiten Gasgemisch aus O2, N2 und CO2
• Diffusion: Gastransport in und von Kapillaren (Alveolen – Kapillare – Zellen):
Dafür: große Austauschflächen (Lungenkapillaren 100m², Muskel 600m²)
und kurze Diffusionsstrecke (Membran Alveolen zu Kapillaren: 1/1000 mm)

PD Dr. Theodor Stemper – Vorlesung: Biologische Grundlagen II (Sportphysiologie)
Lungen
• kegelförmige Gestalt, breite Basis auf dem Zwerchfell
• rechter Lungenflügel hat drei Lungenlappen, linker zwei
• Das alveoläre Maschenwerk der Lungen ist permanent mit Luft gefüllt
• Lungenflügel überzogen mit dem Lungenfell (glänzende Haut)
• Lungenfell schlägt an den Bronchien um und wird zum Brustfell
• Brustfell und Lungenfell getrennt durch einen Gleitspalt
• Flüssigkeit im Pleuraspalt: Lungenfell und Brustfell (Pleurablätter) können sich
nicht lösen, da ständig Unterdruck besteht
Verletzung der Pleurablätter:
• Unterdruck im Spalt bricht zusammen, gesamte Atemmechanik geht
verloren
• Lunge kann jedoch den Ausfall eines Lungenflügels ggf. gut
kompensieren (Belastung nicht mehr möglich)

PD Dr. Theodor Stemper – Vorlesung: Biologische Grundlagen II (Sportphysiologie)
Physiologische Grundlagen
Atemarbeit:
• Überwindung von elastischen Widerständen (Lunge, Pleura, Thorax) und
Strömungswiderständen (Gase in Atemwegen)
• Atemarbeit geprägt durch Mechanik des Brustkorbes (Brustbein, Rippen,
BWS), Lungen, Luftwiderstand
• Atemarbeit physikalisch gesehen:
Erzeugen einer Druckdifferenz gegenüber der Atmosphäre (vgl. Abb.)
Einatmung (Inspiration):
• energiefordernder aktiver Vorgang zur Erweiterung des Brustkorbs (Thorax)
• Bauchatmung: Abflachung der Zwerchfellkuppel
(Zwerchfell = Diaphragma, wichtigster Atemmuskel)
• Brust-(Rippen-)atmung: Heben des Brustkorbs durch
Zwischenrippenmuskeln (Mm. intercostales externi)
Ausatmung (Exspiration):
• keine elastische Arbeit notwendig; in Ruhe ein passiver Vorgang

PD Dr. Theodor Stemper – Vorlesung: Biologische Grundlagen II (Sportphysiologie)
Atemzeitquotient: 1 : 1,2 (Relation von Inspirations- zu Exspirationszeit)
Atemarbeit bei körperlicher Belastung (AMV bzw. VE > 50 l/min)
Unter Höchstbelastung benötigen die Atemmuskeln selbst sehr viel Sauerstoff
(in Ruhe 1%; bei Höchstbelastung bis zu 20-30% des Gesamtenergiebedarfs)
Einatmung (Inspiration) bei Belastung:
• Aktivität der Atemhilfsmuskulatur steigt an
Hals: (Mm. scaleni und M. sternocleidomastoideus)
Brust: (M. pectoralis major et minor; M. serratus anterior)
• dazu Ursprung der Atemhilfsmuskeln fixieren, z.B. durch Überstrecken der
HWS (Kopf nach hinten!) und Abstützen der Arme (Hüfte, Geländer)
Ausatmung (Exspiration) bei Belastung:
• Druck der Bauchwandmuskulatur auf Zwerchfell und Eingeweide
• Senken des Brustkorbs durch innere Zwischenrippenmuskeln (Mm.
intercostales interni)

PD Dr. Theodor Stemper – Vorlesung: Biologische Grundlagen II (Sportphysiologie)
Lungenvolumina (Atemgrössen, vgl. Abb.)
1. Atemzugvolumen (AZV):
• Lungenvolumen bei normaler Ein- und Ausatmung
• in Ruhe: 500 ccm (0,5 l)
• kleine Kinder: geringeres Atemzugvolumen, Atemfrequenz erhöht
2. Inspiratorisches Reservevolumen (IRV):
• Volumen, das nach normaler Einatmung noch eingeatmet werden kann
• in Ruhe ca. 3,0 l
3. Exspiratorisches Reservevolumen (ERV):
• Volumen, das nach normaler Ausatmung noch ausgeatmet werden kann
• in Ruhe ca. 1,2 l
4. Residualvolumen (RV):
• Volumen, das nach stärkster Ausatmung in der Lunge verbleibt
• In Ruhe ca. 1,3 l; nimmt mit dem Alter zu
5. Vitalkapazität (VK): IRV + AZV + ERV
6. Totalkapazität (TK): VK + RV