Atmung, Regulierung von

Definition

Die Regulierung der Atmung ist das Ergebnis einer komplexen Interaktion, die ein System von Sensoren, ein Atemkontrollzentrum und ein Effektorsystem umfasst, um seine Befehle an die Muskeln und Organe auszuführen, die an der Atmung beteiligt sind.

Beschreibung

Im Körper beziehen Zellen ihre Energie, indem sie Sauerstoff mit verschiedenen Nährstoffen kombinieren und Kohlendioxid als Abfallprodukt produzieren. Daher benötigen sie eine konstante Sauerstoffversorgung und müssen auch das Kohlendioxid entfernen lassen. Dies wird durch Atmung erreicht, auch bekannt als Atmung oder Beatmung, Begriffe, die von Physiologen verwendet werden, um das Ein- und Ausatmen von Luft zu bedeuten.

Die Atmung wird spontan im Zentralnervensystem initiiert und vom Atmungssystem des Körpers ausgeführt. Der Hauptzweck dieses Systems besteht darin, dem Körper zu ermöglichen, die sauerstoffhaltige Luft einzuatmen und das schädliche Kohlendioxid auszuatmen, das durch die Stoffwechselreaktionen erzeugt wird.

Luft enthält 21% Sauerstoff als Komponentengas. Luft wird durch Mund und Nase in den Körper eingeatmet. Es wandert dann am Hals und an der Sprachbox (Kehlkopf) vorbei durch die Luftröhre (Luftröhre), die sich in zwei Hauptluftwege teilt, die zur rechten und linken Lunge führen . Die beiden Passagen teilen sich in der Lunge wieder in kleinere Äste (Bronchien), die sich in noch kleinere (Bronchiolen oder Alveolargänge) trennen, ähnlich wie ein Baum sich verzweigt. Diese Luftwege enthalten an ihren Enden kleine Luftsäcke, die Alveolen genannt werden. Es gibt ungefähr 150 Millionen Alveolen in der menschlichen Lunge. Sie haben sehr dünne Wände, die den Sauerstoff in das Blut abgeben und im Gegenzug sein Kohlendioxid aufnehmen, das dann auf demselben Weg, der zurück zu Nase und Mund führt, aus der Lunge ausgeatmet wird.Die Atmung ist ein automatischer Prozess, der in einem komplexen Bereich des Gehirns ausgelöst wird, dem sogenannten Hirnstamm, einem Teil des Gehirns, der mit dem Rückenmark und seinen Nerven verbunden ist. Der Hirnstamm enthält das unwillkürliche Atmungskontrollzentrum. Dies bedeutet, dass das Atmen eher eine Reflexaktivität als eine auf Willen basierende Aktivität ist, was bedeutet, dass es geschieht, ohne dass wir darüber nachdenken oder entscheiden müssen, dass es stattfinden soll. Das Atmen ist in der Tat ein so starker Reflex, dass es sehr schwierig ist, vorsätzlich für längere Zeit mit dem Atmen aufzuhören.

Funktion

Das Atmungskontrollzentrum des Hirnstamms reguliert die Atmung mit Hilfe von Nerven, Muskeln und speziellen Sensoren, den sogenannten Chemorezeptoren. Chemorezeptoren sind spezialisierte Zellen, die chemische Substanzen im Körper erkennen und diese Informationen an Nerven weitergeben können, die Teil des Zentralnervensystems sind, um sie an das Atmungskontrollzentrum weiterzuleiten. Auf diese Weise wird die Atmung ständig überwacht und angepasst, um einen angemessenen pH-Wert und Sauerstoffpartialdruck im arteriellen Blut aufrechtzuerhalten, dh im Blut, das vom Herzen kommt und die höchsten Sauerstoffgehalte für die Verteilung im Körper enthält. Die Regulierung der Atmung ist ein homöostatischer Kontrollmechanismus, dh sie versucht, die Stabilität der inneren Umgebung des Körpers über negative Rückkopplungsmechanismen aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel lösen hohe Kohlendioxidwerte im Körper automatisch eine schnellere und tiefere Atmung aus, was wiederum den Kohlendioxidgehalt verringert, indem die Sauerstoffaufnahme erhöht wird.

Das Atemkontrollzentrum ist der zentrale Kontrollbereich für die Atmung. Es empfängt Informationen von anderen Teilen des Körpers und erzeugt eine automatische koordinierte Antwort. Die Reaktion ist eine Reaktion, die die verschiedenen Organe und Muskeln auslöst, die an der Atmung beteiligt sind und sich in verschiedenen Körperteilen befinden, um zusammen zu wirken. Es befindet sich im unteren Teil des Hirnstamms, der Medulla oblongata, einer schaufelförmigen Struktur, die mit dem Rückenmark verbunden ist. Das Medulla enthält spezielle Atmungsnervenzellen (Neuronen). Ein Typ sind die inspiratorischen Neuronen, die beim Einatmen aktiv und beim Ausatmen inaktiv sind. Der andere Typ sind die exspiratorischen Neuronen, die beim Ausatmen aktiv und beim Einatmen inaktiv sind. Diese beiden Gruppen von Neuronen erzeugen einen automatischen Zyklus von Ein- und Ausatmen. Dieser automatische Zyklus kann modifiziert oder sogar vorübergehend gestoppt werden, abhängig von den Informationen, die das Atmungskontrollzentrum von verschiedenen Quellen erhält, z. B. Reflexen aus Lunge und Atemwegen, Informationen von den Chemorezeptoren und Befehlen aus anderen Bereichen des Gehirns.

Die wichtigsten Zentren, die die Informationen liefern, die das Atmungskontrollzentrum zur Regulierung der Atmung benötigt, sind die folgenden:

• Zentrale Chemorezeptoren. Die zentralen Chemorezeptoren befinden sich am Boden des vierten Ventrikels (Region des Hirnstamms) und reagieren auf den Säuregehalt — oder pH—Wert – der Liquor cerebrospinalis (CSF), der Flüssigkeit, die das Gehirn und das Rückenmark badet. Der Säuregehalt einer Flüssigkeit wird durch den pH-Wert gemessen; Dieser Wert hängt mit der Anzahl der in der Flüssigkeit vorhandenen Wasserstoffionen zusammen. Der normale pH-Wert des Körpers beträgt 7,4; Werte, die höher sind, stellen alkalische Bedingungen im Körper dar, was eine geringere Menge an Wasserstoffionen bedeutet, und Werte mit einem pH-Wert unter 7,4 stellen saure Bedingungen dar, was eine höhere Menge an Wasserstoffionen bedeutet. Wenn sich also der Säuregehalt des Liquors ändert, wirken sich die von den zentralen Chemorezeptoren an das Atmungskontrollzentrum gesendeten Nachrichten auf die Atmung aus.
• Periphere arterielle Chemorezeptoren. Es gibt zwei Arten von peripheren Chemorezeptoren: die Karotiskörper und die Aortenkörper. Sie sind kleine Gewebestücke, die Chemorezeptoren enthalten, die auf die Mengen an Sauerstoff und Kohlendioxid im arteriellen Blut reagieren. Die Halsschlagadern befinden sich dort, wo sich die A. carotis communis auf beiden Seiten des Halses in die beiden Halsschlagadern teilt. Die Aortenkörper befinden sich an der Aorta, dem größten Blutgefäß des Körpers, das vom Herzen ausgeht. Die Informationen von den Karotiskörpern werden entlang des neunten Hirnnervs übertragen, und die Informationen vom Aortenkörper werden entlang des zehnten Hirnnervs an das Atmungskontrollzentrum weitergeleitet. Es wird angenommen, dass die Informationen aus den Karotiskörpern die sofortige Regulierung der Atmung durch das Atemkontrollzentrum Atem für Atem beeinflussen.
• Gehirn. Die Atmung kann auch freiwillig sein, dh von anderen Teilen des Gehirns beeinflusst werden, insbesondere von der Großhirnrinde, dem Teil des Gehirns, in dem sich Denkprozesse befinden und für vorsätzliches Handeln verantwortlich sind. Wir alle können bewusst tiefer und schneller atmen (Hyperventilation), wie zum Beispiel vor Beginn schwerer Übungen . Starke Emotionen können auch zu Hyperventilation führen.
• Lunge. In der Lunge befinden sich verschiedene Rezeptoren, die auch die Atmung beeinflussen können. Zum Beispiel reagiert eine Art Rezeptor in den Bronchien auf reizende inhalierte Substanzen und verursacht Husten, Atemstillstand und Niesen. Andere Rezeptoren, die sich in den flexiblen Geweben der Lunge und der Brustwand befinden, reagieren empfindlich auf Dehnung. Die genaue Rolle, die diese Rezeptoren bei der Regulierung der Atmung spielen, ist nicht vollständig geklärt, es wird jedoch angenommen, dass sie für verschiedene Reflexe verantwortlich sind, die in Laborstudien an Tieren entdeckt wurden. Dies sind Dehnungsreflexe, die auftreten, wenn Lunge und Brustwand gedehnt werden, um ein weiteres Einatmen zu verhindern. Wenn das Luftvolumen in der Lunge niedrig ist, gibt es auch entgegengesetzte Reflexe.

Nach dem Empfang von Informationen benötigt das Atmungskontrollzentrum einen Weg, um seine regulatorischen Nachrichten zu senden. Dies geschieht durch spezielle Nerven, sogenannte efferente Nerven. Sie verlassen das Atmungskontrollzentrum und leiten das Rückenmark zum Zwerchfell und zu den Muskeln zwischen den Rippen (Interkostalmuskeln) und zu anderen Muskeln im Nacken, die zum Atmen verwendet werden. Das Zwerchfell ist ein dünner, blattartiger Muskel, der sich am Boden der Brusthöhle unterhalb der Lunge und des Herzens befindet, und es ist der wichtigste Muskel, der an der Atmung beteiligt ist. Wenn eine Person einatmet, zieht sich das Zwerchfell zusammen und bewegt sich nach unten, wodurch der Hohlraum, der die Lunge enthält (Thorax oder Brusthöhle), gedehnt wird, während sich die Interkostalmuskeln zusammenziehen und die Brusthöhle erweitern, was dazu führt, dass Luft die Lunge durch Absaugen füllt. Wenn eine Person ausatmet, entspannen sich das Zwerchfell und die Interkostalmuskulatur, wodurch die Größe der Brusthöhle verringert und Luft aus der Lunge gedrückt wird. Während der normalen Atmung ist das Einatmen ein aktiver Muskelprozess. Das Ausatmen ist passiv und beruht auf der natürlichen Elastizität des Gewebes, um die Lunge zu entleeren.

Rolle in der menschlichen Gesundheit

Die Atmung ist eine wesentliche Aktivität des Körpers, die erforderlich ist, um das Leben zu erhalten. Wenn es gestoppt wird, folgt schnell der Tod. Daher ist auch die Regulierung der Atmung von wesentlicher Bedeutung, was bedeutet, dass jede Störung dieser Funktion die Atmungsfähigkeit des Körpers beeinträchtigt, mit Konsequenzen, die vom Ausmaß der Beeinträchtigung abhängen.

Häufige Krankheiten und Störungen

Wenn die Geschwindigkeit der Sauerstoffaufnahme und der Kohlendioxidausscheidung nicht durch die Abgabe der ersten und die Entfernung der zweiten erreicht wird, tritt ein Ungleichgewicht auf, das zu Atemwegserkrankungen führen kann, die mit schweren Krankheiten wie Lungenentzündung (Lungenentzündung), Emphysem (übermäßige und abnormale Ansammlung von Luft in der Lunge infolge einer Verringerung der Fläche der Lungenmembranen), Herzinsuffizienz , Anämie (Mangel an roten Blutkörperchen im Blut, was zu Sauerstoffmangel führt) und Asthma (Verengung der Bronchien) verbunden sind. Die folgenden Bedingungen sind das Ergebnis solcher Ungleichgewichte:

• Hypoxie. Auch bekannt als Anoxie. Es bedeutet „ohne Sauerstoff“ und wird verwendet, um einen Zustand unzureichender Sauerstoffversorgung der Körperzellen zu beschreiben.

SCHLÜSSELBEGRIFFE

Säure — Bezieht sich auf eine Verbindung, die sauer oder sauer ist. In Wasser gelöst ergeben Säuren Wasserstoffionen.

Hirnstamm -Unterster Teil des Gehirns, der mit dem Rückenmark verbunden ist. Es ist ein kompliziertes neuronales Zentrum mit mehreren neuronalen Bahnen zwischen Großhirn, Rückenmark, Kleinhirn und motorischen und sensorischen Funktionen von Kopf und Hals. Es besteht aus der Medulla oblongata, dem Teil, der für die Herz- und Atemkontrolle verantwortlich ist, dem Mittelhirn, das an grundlegenden, unwillkürlichen Körperfunktionen beteiligt ist, und dem Pons, aus dem einige Hirnnerven stammen.

Bronchien —Luftwege in der Lunge.Zentrales Nervensystem (ZNS) -Beim Menschen besteht das ZNS aus dem Gehirn, den Hirnnerven und dem Rückenmark.

Liquor Cerebrospinalis (CSF) —Eine klare Flüssigkeit, die geringe Mengen Zucker (Glucose) und Protein enthält. Der Liquor füllt das Gehirn und den zentralen Kanal des Rückenmarks und sein normaler pH-Wert beträgt 7,4. Jede Änderung von diesem Wert wird von Chemorezeptoren erkannt.Chemorezeptoren – Spezialisierte Zellen, die chemische Substanzen im Körper erkennen und diese Informationen an das zentrale Nervensystem weiterleiten können. Die nachgewiesenen Substanzen können extern sein, z. B. wenn eine Person etwas riecht oder schmeckt, oder sie können intern sein, z. B. der im Blut vorhandene Sauerstoff oder Kohlendioxid.

Hirnnerv -Beim Menschen gibt es 12 Hirnnerven. Sie sind mit dem Hirnstamm verbunden und steuern im Wesentlichen den Kopf sowie die Organe der Brust- und Bauchhöhle.

Zwerchfell -Dünner, blattartiger Muskel, der sich unterhalb der Lunge und des Herzens am Boden der Brusthöhle befindet und ihn vom Bauch trennt. Das Zwerchfell ist ein Atemmuskel, der Luft durch Auf- und Abbewegung in die Lunge ein- und ausströmen lässt. Wenn sich das Zwerchfell nach unten bewegt, atmet eine Person ein. Wenn sich das Zwerchfell nach oben bewegt, atmet die Person aus.

Homöostase —Stabilität der inneren Umgebung des Körpers, erreicht durch ein System integrierter Kontrollsysteme, die durch Rückkopplungssysteme aktiviert werden. Zum Beispiel löst ein hoher Kohlendioxidgehalt im Liquor eine stärkere Beatmung in der Lunge aus, was wiederum den Kohlendioxidgehalt verringert, indem die Sauerstoffaufnahme erhöht wird.

Unfreiwillige Aktivität -Aktivität, die nicht unter dem Einfluss oder der Kontrolle des Willens steht.

Lunge —Großes Paar Atmungs— oder Atmungsorgane in der Brust. Die Lunge bringt den in der eingeatmeten Luft vorhandenen Sauerstoff ins Blut und entfernt giftiges Kohlendioxid aus dem Blut.

Stoffwechsel -Die Summe aller physikalischen und biochemischen Prozesse, die im Körper ablaufen, um das zu produzieren, was zur Erhaltung des Lebens erforderlich ist. Dies beinhaltet die Umwandlung von Nährstoffen in Energie und die Nutzung von Energie durch den Körper.

Periphere Chemorezeptoren -Chemorezeptoren, die sich nicht im Hirnstamm befinden. Es gibt zwei Arten: die Aortenkörper in der Aorta, der größten Arterie im Körper, und die Halsschlagadern in den Halsschlagadern, die auf beiden Seiten des Halses verlaufen und sauerstoffreiches Blut von der Aorta zum Gehirn transportieren.

pH – Ein Maß für die Acidität einer Lösung oder ihrer Wasserstoffionenkonzentration. Im menschlichen Körper kann die Lösung das Blut oder der Liquor sein. Der normale pH-Wert von Körperflüssigkeiten beträgt 7,4.

Reflex -Aktion oder Bewegung des Körpers, die die Summe der unwillkürlichen Aktivität ist.

Atmung — Beim Menschen Atmung, dh das Einatmen von sauerstoffhaltiger Luft und das Ausatmen von kohlendioxidhaltiger Luft. Es kann sich auch auf den Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid im Blut beziehen. Der Begriff Atmung hat noch eine andere Bedeutung in der Biochemie, wo er sich auf die komplexen chemischen Reaktionen im Körper bezieht, Oxidationsreaktionen genannt, durch die chemische Substanzen Elektronen übertragen und Energie in Formen umwandeln, die zur Aufrechterhaltung des Lebens erforderlich sind.

Atmungssystem — Die Organe, die an der Atmung beteiligt sind: die Nase, der Hals, der Kehlkopf, die Luftröhre, die Bronchien und die Lunge.

Luftröhre – Die Luftröhre, eine Röhre aus Fasern und Knorpel, die die Sprachbox (Kehlkopf) mit den Bronchien verbindet.

Belüftung – Luft, die in den Körper eintritt und aus ihm austritt. Die Lungenventilation bezieht sich auf den Luftaustausch zwischen Lunge und Umgebungsluft, und die Alveolenbeatmung bezieht sich auf den Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid mit dem Blut.

• Hypoxische Hypoxie. Dieser Zustand ist durch eine unzureichende Sauerstoffversorgung des arteriellen Blutes und einen abnormal niedrigen Sauerstoffpartialdruck in den Arterien gekennzeichnet. Zyanose (Bläue der Haut und der Membranen) ist ein Hauptsymptom aufgrund eines niedrigeren Hämoglobinspiegels, des Proteins, das Sauerstoff im Blut transportiert.
• Stagnierende Hypoxie. Dies ist ein Versagen, Sauerstoff zu den Geweben zu transportieren, und ist auf einen langsamen Blutfluss zurückzuführen, wie er bei Herzinsuffizienz auftreten kann.
• Anämische Hypoxie. Bei anämischer Hypoxie ist der Sauerstoffpartialdruck in den Arterien normal, aber der Sauerstoffgehalt des arteriellen Blutes ist niedriger als normal.
• Hyperkapnie. Dies bedeutet einen Überschuss an Kohlendioxid.
• Azidose. Erhöhung der Menge an Wasserstoffionen (Acidität) im Blut und Liquor, was zu einer respiratorischen Azidose führt. Es tritt auf, wenn die Lunge nicht richtig lüftet und zu übermäßigen Mengen Kohlendioxid im Blut führt. Es wurde gezeigt, dass nicht funktionelle Karotiskörper eine Azidose verursachen.
• Alkalose. Verlust von Wasserstoffionen im Blut und Liquor, was zu einer respiratorischen Alkalose führt, was einen übermäßigen Verlust von Kohlendioxid aus dem Körper bedeutet. Ein alkalischer Liquor hemmt das Atmungskontrollzentrum.

Ressourcen

BÜCHER

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PERIODICALS

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ANDERE

Amerikanische Lungenvereinigung. 1740 Broadway New York, Vereinigte Staaten 10019. (212) 315-8700. <http://www.lungusa.org>.

Monique Laberge, Ph.D.