Atemphysiologie

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Atemphysiologie: Wozu atmen wir? Wie atmen wir? Was geschieht beim Atmen? Welche Organe sind bei der Atmung beteiligt? Wie kann man den Atem freier machen? Zu diesen Fragen bekommst du hier viele Hinweise.

Grundlegendes zur Atemphysiologie

Atmungsorgane als Grundlage für die Atemphysiologie

Zusammenstellung von Buchautor und Seminarleiter Bhajan Noam

Hier findest du, was die westliche Medizin über die Funktionsweise des Atems kennt. Du darfst dir für dich das heraussuchen, was dich gerade interessiert. Dabei wirst du erfahren, dass der Atem ein unendliches Wissensgebiet ist und immer spannend bleibt. Atem ist Leben. Der Atem steht im Mittelpunkt aller übrigen Körperfunktionen und ebenso verbindet er unseren Körper mit unserem Denken und Fühlen. Einige Abschnitte habe ich mit meinen Erfahrungen als Atemtherapeut und Yogalehrender ergänzt.

Die Begriffe Atmung bzw. Respiration (lat.: respirare) bezeichnen die Gesamtheit der physiologischen Vorgänge zum Austausch der Atemgase im gesamten Organismus.
Der Begriff Atmung ist allgemein gebräuchlich für die sogenannte Lungenatmung, dem Gasaustausch zwischen Organismus und Umwelt über die Lunge. Dagegen beschreibt die Zellatmung die Nahrungstoffoxidation in den Mitochondrien der Zelle.


Bei der Lungenatmung unterscheidet man folgende Vorgänge:

  1. Ventilation: Belüftung der Lungenalveole im Wechsel von Inspiration und Expiration

  2. Diffusion: Sauerstoffaufnahme und Kohlendioxidabgabe über die alveolokapilläre Membran.

  3. Perfusion: Durchblutung der pulmonalen Blutgefäße und Transport der Atemgase.

Über die Zellatmung erfolgt die Energiegewinnung in den Mitochondrien der Zellen. Dort wird über die Oxidation von Kohlenhydraten und Fetten in der Atmungskette chemisch gebundene Energie für Stoffwechselprozesse und muskuläre Arbeit gebildet.


Fast jedes Lebewesen ist auf einen permanenten Gasaustausch angewiesen. Bei der Einatmung wird über Mund und Nase, den Rachen, die Luftröhre und die Lungen zunächst Sauerstoff (O2) aufgenommen und im Körper verbraucht. Das dabei entstandene Kohlendioxid (CO2) wird bei der Ausatmung auf gleiche Weise an die Umgebung abgegeben.

Die Atmungsorgane: Die organische Grundlage der Atemphysiologie

Um die Atemphysiologie zu verstehen, muss man zunächst die Atmungsorgane kennen: Die Atmungsorgane ermöglichen durch den rhythmischen Prozess der Atmung die Aufnahme und die Abgabe der Atemgase, die für die Verbrennungsvorgänge des Stoffwechsels zur Energiegewinnung innerhalb der Körperzellen benötigt werden. Die Luftwege stellen die Verbindung zwischen Umwelt und Lunge her. Man unterscheidet obere und untere Luftwege.

Nasenhöhle und Rachen (Pharynx) bilden die oberen Luftwege. Die unteren Luftwege bestehen aus Kehlkopf (Larynx), Luftröhre (Trachea), Luftröhrenästen (Bronchien) und Lungenbläschen (Alveolen).

Die Luftwege verzweigen sich - wie die Äste eines Baumes - in mehrere Generationen. Nur die letzten sieben Verzweigungsgenerationen tragen Alveolen und dienen somit dem Gasaustausch. Alle vorgeschalteten Luftwege dienen der Zuleitung, Verteilung Anfeuchtung, Anwärmung und Reinigung der Atemluft und werden als "anatomischer Totraum" bezeichnet. Das bedeutet, dass in diesen Luftwegen kein Gasaustausch stattfindet.

Die Nasenhöhle

Eingeatmete Luft gelangt durch die vorderen Nasenlöcher und den Nasenvorhof in die eigentliche Nasenhöhle und verlässt diese durch die hinteren Nasenlöcher in den Rachenraum. Die Nasenhöhle grenzt an Gaumen, Nasennebenhöhlen und die Schädelbasis. Der gesamte Raum der Nasenhöhle ist mit Schleimhaut ausgekleidet. Charakteristisch für die Nasenschleimhaut ist ein mehrreihiges Epithel, das dicht mit Flimmerhaaren besetzt ist. Im Bindegewebe unterhalb des Epithels befindet sich ein ausgedehntes Drüsengewebe das den Nasenschleim absondert, der die Atemluft anfeuchtet. In der oberflächlichen Schleimschicht bleiben auch Fremdkörper hängen. Sie werden durch Wellenbewegungen der Flimmerhaare mit gleichmäßiger Geschwindigkeit von etwa 1cm pro Stunde in Richtung Rachen transportiert. Die stark durchblutete Schleimhaut gibt die Wärme an die vorbeiströmende Luft ab.

Außerdem wird die eingeatmete Luft schon hier in ein spiralförmiges Fließen gebracht, dass sich durch die Bronchien und Bronchiolen fortsetzt bis hin zu den Alveolen. Diese Bewegung begünstigt eine bessere Ausnutzung des Atems und stellt zugleich eine Dynamisierung dar, die das Energiepotential des Atems erhöht.

Der Rachen (Pharynx)

Der Rachen (Pharynx), verbindet den Nasenraum, Mundraum und den sich anschließenden Luft- und Speiseweg. Er reicht von der Schädelbasis bis zum Beginn der Speiseröhre. Er lässt sich in den oberen, mittleren, und unteren Rachenraum gliedern. Im oberen Rachenraum mündet beiderseits die Ohrtrompete. Sie verbindet als ein schlauchförmiger Gang Rachen und Paukenhöhle des Mittelohrs. Entzündungen im Bereich des Rachens können daher auf das Mittelohr übergreifen. Am Rachendach befindet sich die Rachenmandel, eine Anhäufung vom lymphatischem Gewebe. Zwischen dem oberen und mittleren Rachenraum befindet sich das Gaumensegel das beim Schlucken angehoben wird und so den luftführenden oberen gegen den speisehaltigen mittleren Rachenraum abdichtet. Im Hypopharynx grenzt der hintere Abschnitt der Zunge - der Zungengrund - direkt an den Kehldeckel an.

Der Kehlkopf (Larynx)

Der Kehlkopf schließt an den Rachen nach vorn unten an. Das knorpelige Kehlkopfskelett besteht aus Schildknorpel, Kehldeckel, Ringknorpel und den paarigen Stellknorpeln. Sie sind durch die Muskulatur und einer aus Bindegewebe bestehenden Membran verbunden. Diese Membran verbindet nach oben den Kehlkopf mit dem Zungenbein. Der Kehldeckel ist eine Knorpelplatte die nach oben den Kehlkopfeingang verschließen kann. Schildknorpel und Ringknorpel haben die Aufgabe das Kehlkopflumen beständig offenzuhalten. Zwischen der Rückseite des Schildknorpels und den Stellknorpeln spannen sich, von Schleimhaut überzogen die Stimmbänder.

Die Funktionen des Kehlkopfs:

  • Stimmbildung
  • Durchgang für die Atemluft
  • Hustenreflex als Schutz der unteren Atemwege

Betrachte einmal auf einer anatomischen Karte Diese Einheit Kehlkopf/Eustachische Röhre/Innenohr und vergleiche dies mit der Einheit Gebärmutter/Eileiter/Ovarien. Du wirst eine große Formenähnlichkeit entdecken, die darauf hindeutet, dass hier ein funktionaler und energetischer Zusammenhang besteht, der in der Tat gegeben ist. Gebärenden wird gelegentlich gesagt, wenn der Mund und die Kehle nicht entspannt sind (d.h. wenn die Gebärende nicht Stöhnen oder Schrei von sich gibt), geht auch der Muttermund nicht auf. Beachte diesen Zusammenhang auch beim Yoga.


Die Luftröhre (Trachea)

Die Luftröhre (Trachea) beginnt unter dem Ringknorpel und reicht bis zu ihrer Gabelung (Bifurcation) in die beiden Hauptbronchien. Sie ist etwa 10-15 cm lang und hat einen Durchmesser von 1,5-2,5 cm. Die Luftröhrenwand besteht aus hufeisenförmigen, nach hinten offenen Knorpelspangen, zwischen den sich elastische Ringbänder befinden. Die elastischen Bänder ermöglichen eine Dehnung der Luftröhre in Längsrichtung. Die Hinterwand besteht aus eine flexible Muskel- und Bindegewebsplatte, die jedoch kein Knorpel enthält. Die Hauptaufgabe der Luftröhre besteht in der Luftleitung zu den gasaustauschenden Oberflächen der Lunge.


Die Bronchien und Bronchiolen

Etwa in Höhe des 4. Brustwirbels geht die Luftröhre in einen linken und einen rechten Hauptbronchus über, die sich weiter in die Lappenbronchien aufzweigen. Rechts entstehen drei , links zwei Lappenbronchien. Diese spalten sich zu Peripherie hin weiter wie Äste eines Baumes in kleinere Bronchien. Unter weiterer Verzweigung der Bronchien bilden sich schließlich die Bronchiolen. Die Hauptbronchien besitzen noch denselben Aufbau wie die Luftröhre wobei die Form der Knorpelspangen mit zunehmender Verzweigung unregelmäßiger wird. Kleinste Bronchien und Bronchiolen besitzen kein Knorpelgerüst mehr. Die wand der Bronchiolen enthält überwiegend glatte Muskulatur. Die innere Oberfläche der Bronchien besteht aus Flimmerepithel und die Schleimhaut enthält zahlreiche Schleimdrüsen. Die Flimmerhaare des Epithels transportieren durch ihre rhythmische Bewegung eine oberflächliche Schleimschicht die Staubpartikel, Bakterien usw. enthält, in Richtung Trachea. Dieser Mechanismus dient der Selbstreinigung der Lunge.

Die Lungenbläschen (Alveolen)

Den Bronchiolen sitzen sackähnliche Gänge an, deren Wände aus dünnen, schalenartigen Ausbuchtungen, den Alveolen, bestehen. In den ca. 300 Millionen Alveolen findet der Gasaustausch statt. Die gesamte Oberfläche, an welcher der Gasaustausch stattfindet, beträgt beim Menschen etwa 80m2 und ist somit ca. 40mal größer als die Körperoberfläche. Die Alveolar-Wände sind sehr dünn und werden von einem dichten Netz von Lungenkapillaren umschlossen. Die Endkapillaren der Lungenarterie führen der Lunge sauerstoffarmes Blut zu. Nach erfolgtem Gasaustausch fließt das sauerstoffreiche Blut über die Lungenvenen zum linken Vorhof des Herzens.

Atemmuskulatur

Für die Ein- und Ausatmung steht eine Reihe von Atemmuskeln zur Verfügung. Man unterscheidet Hauptatemmuskeln und Atemhilfsmuskeln. Zu den Hauptatemmuskeln gehören das Zwerchfell (Diaphragma) sowie die inneren (Mm. intercostales interni) und äußeren Zwischenrippenmuskeln (Mm. intercostales externi).

Bei verstärkter Einatmung und Ausatmung treten die Atemhilfsmuskeln in Aktion:

Bei der Einatmung unterstützen u. a. der kleine und große Brustmuskel (M. pectoralis minor et major), der vordere Sägemuskel (M. serratus anterior) und der Kopfwender (M. sternocleido-mastoideus).

Die Ausatmung wird in erster Linie durch die Bauchmuskeln (M. rectus abdominis, M. obliquus externus und M. obliquus internus abdominis) einschließlich dem viereckigen Lendenmuskel (M. quadratus lumborum) und dem breiten Rückenmuskel (M. latissimus dorsi) unterstützt.

Beim Zwerchfell, das eine kuppelartige Form hat, muss hinzugefügt werden, dass unter ihm der sogenannte "Organring" anliegt. Dieser Organring besteht aus den beiden Nieren, der Milz, der Bauchspeicheldrüse, dem Magen und der Leber. Diese lebenswichtigen Organe sind in unmittelbarem Kontakt mit dem Zwerchfell und werden durch dessen massierende Bewegung gut durchblutet und in ihrer Funktion gestärkt. Im Umkehrschluss heißt dies, wenn wir keine Zwerchfellbewegung haben, werden auch diese Organe mangelhaft durchblutet und auf Dauer geschwächt. Zwerchfellatmung ist weit mehr, als nur ein vertiefter Atem, der uns besser mit Sauerstoff versorgt.


Atemmechanik: Wie funktioniert das mit der Atemphysiologie?

Ein- und Ausatmung basieren auf der Druckdifferenz zwischen Alveolen und Umwelt. Der Druck in den Alveolen (intrapulmonal Druck) muss während der Einatmung (Inspiration) niedriger, bei der Ausatmung (Expiration) höher sein als der Umgebungsdruck. Bei der Inspiration wird dabei aktiv durch muskuläre Arbeit ein Unterdruck im Brustkorb (Thorax) erzeugt. Durch muskuläre Hebung des Brustkorbs (äußere Interkostalmuskulatur, M. scaleni, Atemhilfsmuskulatur) sowie durch Anspannung (Abflachung) des Zwerchfells kommt es zur Vergrößerung des Thoraxraums und eine Zunahme des Lungenvolumens. Überwiegt bei der Inspiration die Brustkorbhebung so spricht man von Brustatmung, bei Überwiegen der Zwerchfellkontraktion von Bauchatmung.

Die Ausatmung geschieht bei ruhiger Atmung durch Rückstellungskräfte (Eigenelastizität der Lunge) weitgehend passiv. Sie kann durch die Muskeln der Bauchdecke (Bauchpresse mit Verdrängung vom Zwerchfell nach oben) oder durch die innere Interkostalmuskulatur aktiv unterstützt werden. Um die Bewegung von Thorax und Zwerchfell folgen zu können, dabei aber an beiden nicht vollständig fixiert zu sein, ist die Lunge durch eine Flüssigkeitsschicht im Pleuraspalt, von der Thoraxwand getrennt.

Die Lunge hat infolge ihrer Eigenelastizität das Bestreben sich zusammenzuziehen. Die Flüssigkeit im Pleuraspalt ist nicht dehnbar womit die Lunge an der Thoraxinnenfläche haften bleibt. Dadurch wird einerseits das Zusammenziehen der Lunge verhindert, andererseits eine reibungslose Ausdehnung bei der Inspiration ermöglicht.

Dieser Abschnitt besagt, dass der Atem eigentlich kein aktives Geschehen ist, sondern dass wir, wie es auch Goethe erkannte, geatmet werden. Die Eigenelastizität des Lungengewebes bietet zwar dem atmosphärischen Druck einen Widerstand (das muss so sein, sonst würden wir uns beständig in der Einatemphase befinden), doch unsere rhythmisch geschehende, bewusste oder unbewusste Hingabe (in der diese Elastizität nachgibt) erlaubt es der Atemluft in uns einzudringen und danach wieder zu gehen.

Die Atemphysiologie der drei Vorgänge der Lungenatmung

Hier einiges zur Atemphysiologie der drei Vorgänge: Ventilation, Diffusion und Perfusion.

Ventilation

Die Ventilation (lat.: ventilare = Belüftung) umfasst die Luftbewegungen durch die Atemwege im Wechsel von Inspiration und Expiration.

Diffusion

Die Diffusion (griech.: diffundere) beschreibt den Stoffaustausch bei Vorhandensein eines Konzentrationsgefälles. Der Sauerstoff wird per Konvektion (Strömung der Luft) aus der Umgebung in die Lunge befördert. Durch die Diffusion über die alveolare Membran werden Sauerstoff und Kohlendioxid zwischen Alveolarluft und Blut ausgetauscht.

Je entspannter wir durch Yoga, Pranayama und Meditation werden, umso effektiver geschieht auch die Diffusion. Entspannung betrifft niemals nur die Muskulatur, sie setzt sich, je tiefer sie wird, fort bis in das Zellgeschehen hinein und macht so die Zellmembrane schwingungsfähiger und durchlässiger.

Perfusion

Die Perfusion (lat.: perfundere = durchströmen) bezeichnet die Durchblutung der Organe. Die Lunge ist am stärksten durchblutete Organ des Körpers, da der rechte Ventrikel im Schnitt genau so viel Blut durch die Lunge (kleiner Kreislauf) pumpt wie der linke Ventrikel durch den großen Kreislauf.

Infolge der Schwerkraft ist der Blutdruck in den oben gelegenen Lungenabschnitten geringer als in den unteren. In einzelnen Bereichen nahe der Lungenspitze ist der Druck in den Alveolen größer als der Druck in den Blutkapillaren. Die Blutkapillaren werden dann zusammen gedrückt und infolge dessen nicht durchblutet. Andrerseits sind die Kapillaren an der Lungenbasis stets durchblutet. Demnach nimmt die Perfusion der Lunge von der Spitze zu Basis zu. Auch im liegen sind die unten liegenden Lungenabschnitte besser Durchblutet als die oben liegende, wobei die Unterschiede aufgrund der geringen Höhendifferenz weniger ausgeprägt sind.

Durch Pranayama verändern wir das oben Beschriebene. Wir heben quasi die Schwerkraft auf. Auch die Kapillaren an der Spitze werden bei vertiefter Atmung vermehrt durchblutet, was übrigens auch beim Kopfstand (Sirshasana) geschieht. Den Bandhas Mula Bandha und Uddhyana Bandha kommt hierbei auf der physiologischen Ebene eine besondere Bedeutung zu.

Atemgastransport im Blut: Innere Atemphysiologie

Für Transport von Sauerstoff und Kohlendioxid im Blut wird ein eisenhaltiges Protein, das Hämoglobin (Hb) genutzt. Bei normalen Partialdrücken wird das Hämoglobin im Lungenkreislauf nahezu zu 100% mit Sauerstoff gesättigt.


Atemregulation

Ein wichtiger Aspekt der Atemphysiologie ist die Atemregulation: Unter Atmungsregulation versteht man die Anpassung des Gasaustauschs in der Lunge an die Stoffwechselbedürfnisse des Organismus. Die Atmung erfolgt normalerweise unwillkürlich über das Atemzentrum im Hirnstamm, kann aber auch bewusst gesteuert werden. Die unwillkürliche Atmung wird dabei durch vielfältige Einflüsse gesteuert: Chemorezeptoren (Sauerstoff und Kohlendioxid); Dehnungsrezeptoren in Lunge und Muskulatur; Sympatikotonus (Adrenalin bei Fluchtreflex); Parasympatikotonus (Schlaf); Umgebungstemperatur über Kälterezeptoren der Haut; Bluttemperatur; Pressorezeptoren


Siehe auch

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