Unser Atmungssystem.

Das Atmungssystem versorgt im Zusammenspiel mit den roten Blutzellen alle Zellen unseres Körpers mit Sauerstoff. Dieser ist für die biologische Oxidation [Zellatmung] wichtig und somit für die Energiebereitstellung im Organismus.

Atmungssystem [Bau und Funktion]
  • Funktion des Atmungssystems → Gasaustausch: Versorgung des Körpers mit Sauerstoff und Ausscheidung von Kohlenstoffdioxid sowie Wasserdampf [Stoffwechselprodukte]
  • Bau der Atmungsorgane ↓
    Über die Luftwege gelangt die Einatemluft in die Lungen. Dort findet der Gasaustausch statt.

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  • Bau und Funktion der einzelnen Organe ↓
    Organ Bauliche Besonderheiten Funktion
    Nasenhöhle stark durchblutete, feuchte Schleimhaut; Härchen Atemluft reinigen, anwärmen, anfeuchten
    Rachenraum stark durchblutete, feuchte Schleimhaut Atemluft reinigen, anwärmen, anfeuchten
    Mandeln Schleimhaut, große Lymphknoten [gehören nicht zum Atmungssystem] Abfangen von Krankheitserregern
    Kehlkopf Kehlkopfdeckel, Stimmbänder Verschluss Luftröhre beim Schlucken; Stimmbildung
    Luftröhre, Bronchien durch Knorpelringe offen; feuchte Schleimhaut Gastransport
    Bronchiolen feuchte Schleimhaut, feine Luftwege ohne Knorpelringe Gastransport in die Lungenbläschen
    Lungen [linker und rechter Lungenflügel] Lungenbläschen mit Blutkapillarnetz und Schleimhaut; durchlässige Wände für Atemgase Gasaustausch
    Zwerchfell Muskeln und Sehnen [gehört nicht direkt zum Atmungssystem] Unterstützung der Atembewegung [Muskelkontraktion führt zum Einatmen]; Trennung Brustraum vom Bauchraum
Atembewegungen
  • allgemein → Atembewegungen führen zum Ein- und Ausströmen der Atemluft
  • Atembewegungen im Detail ↓
    Vorgang Einatmen Ausatmen
    Brustatmung Brustkorb angehoben [Zwischen-rippenmuskeln]
    Brustraum vergrößert
    Brustkorb senkt sich,
    Brustraum verkleinert [Muskeln erschlaffen]
    Bauchatmung Zwerchfellmuskel zieht sich zusammen [Abflachung durch Kontraktion]
    Brustraum vergrößert
    Zwerchfellmuskel erschlafft [Wölbung in den Brustraum]
    Brustraum verkleinert
    Ergebnis Unterdruck Luft strömt ein (aktiv) Überdruck Luft strömt aus (passiv)
Atemfrequenz und Atmungsexperimente
  • Tipps für Experimente → zur Atemfrequenz und Atembewegungen
    • Brustumfang beim Ein- und Ausatmen [Messung mit Schneiderei-Maßband bei Deinem Partner; Luft jeweils kurz anhalten], Änderung des Brustumfanges bestimmen
    • Messen der Atemzüge pro Minute [in Ruhe und nach 20 sowie 40 Kniebeugen bzw. Liegestützen]; am besten kombiniert mit Pulsmessung
    • Messen der Ausatemtemperatur [Thermometer] und Vergleich mit der Einatemtemperatur [also Raumtemperatur]
    • Brenndauer einer Kerze in Ein- und Ausatemluft [in Standzylinder mehrfach per Schlauch ausatmen, verschließen, über einen Standzylinder mit brennende Kerze stülpen; vergleichsweise Blindversuch mit normaler Luft in 2. Standzylinder mit Kerze]
  • Atemzüge pro Minute durchschnittlich ↓
    Alter Atemzüge je min Alter Atemzüge je min
    Erwachsener 12 - 15 Jugendlicher 16 - 19
    Schulkind 18 - 20 Kleinkind 22 - 25
    Säugling 30 Neugeborenes 40 - 50
Inhaltsstoffe der Atemluft
  • Vergleich ↓
    Gase Einatemluft Ausatemluft
    Sauerstoff 21% 16%
    Stickstoff 78% 78%
    Edelgase 1% 1%
    Kohlenstoffdioxid 0,04% 4%
  • Auswertung → Sauerstoff wird in den Körper aufgenommen, hingegen Kohlenstoffdioxid ausgeatmet
  • Atemspende möglich? → auch wenn man den Patienten bei einer Atemspende [Erste Hilfe] seine Ausatemluft einbläst, reicht der Sauerstoffgehalt von ca. 16% noch problemlos aus
Gasaustausch
  • Ablauf im Detail ↓
    • Sauerstoff wird eingeatmet
    • dieser gelangt durch Gasaustausch im Lungenbläschen durch die dünnen Wände der Blutkapillaren infolge Diffusion ins Blut; wird gebunden an roten Blutfarbstoff [Hämoglobin] in den Körper transportiert
    • sauerstoffreiches Blut gelangt über die Lungenvene zum Herzen und von dort über die Körperarterie in den Körper
    • in den Zellen findet biologische Oxidation statt [Sauerstoff wird verbrauch, Energie, Kohlenstoffdioxid und Wasser entstehen]
    • kohlenstoffdioxidreiches Blut gelangt über die Körpervene zum Herz, dann durch die Lungenarterie in die Lunge
    • im Lungenbläschen erfolgt wieder der Gasaustausch durch die dünnen Wände der Blutkapillaren infolge Diffusion: Kohlenstoffdioxid geht aus dem Blut ins Lungenbläschen
    • Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf werden ausgeatmet
    • nun wieder von vorn
Nachweis von Gasen in der Ausatemluft
  • Nachweis von Wasserdampf H2O → Anhauchen eines Spiegel oder einer Glasscheibe
    [Wasser ließe sich dann noch mit entwässertem Kupfersulfat (weiß) nachweisen, das bei Kontakt mit Wasser hellblau wird]
  • Nachweis von Kohlenstoffdioxid CO2Ausatemluft wird über ein Trinkröhrchen in Kalkwasser [Calciumhydroxidlösung] hineingeblasen [VORSICHT! Nicht schlucken! Gesundheitsschädlich!], welche sich z.B. in einem Erlenmeyerkolben befindet Ergebnis: weißer Niederschlag [weiße Trübung]
Gesunderhaltung der Atmungsorgane
  • persönliche Maßnahmen → z.B. Atemgymnastik, Sport, viel Aufenthalt an der frischen Luft, Zimmer lüften, nicht rauchen, keinen schädlichen Gasen/Dämpfen oder Feinstaub aussetzen, Farbe und Klebstoff ohne schädliche Lösungsmittel, nicht rauchen ...
  • Rauchen → schädigt nicht nur die Atmungsorgane, sondern andere ebenso; verursacht Krebs [besonders auch Lungenkrebs]
  • gesellschaftliche oder unternehmerische Maßnahmen Kampf gegen Luftverschmutzung [Abgas-Katalysator, Rauchgasentschwefelung ...], Be- und Entlüftung, Umstieg auf umweltfreundliche Energiegewinnung, Arbeitsschutz [z.B. Atemschutzgeräte], Schutzimpfungen [Tuberkulose], Röntgenuntersuchung der Lunge bei gefährdeten Berufsgruppen, Verbot des Rauchens in öffentliche Gebäuden und Gaststätten ...
  • Atemschutz → Filtermasken, Behelfsschutz, Atemschutzgeräte [Feuerwehr]
Tiefenrausch und Höhenkrankheit
  • Tiefenrausch ↓
    • in großen Tiefen löst sich auch Stickstoff im Blut
    • schon ab 30 m droht Tiefenrausch [Lebensfreude, Verlust der Selbstkontrolle, Vergessen des Auftauchens ...]
    • beim zu schnellen Auftauchen würde der Stickstoff wie Kohlensäure aus dem Blut perlen – dann die verstopfen Kapillaren, auch im Gehirn [tödlich]
    • daher ist Atemluft in den Geräten für Tiefseetaucher ein Gemisch aus Sauerstoff und Helium [also keine normale Pressluft]
  • Höhenkrankheit ↓
    • „Tieflandmensch“ kommt zu rasch in Höhe über 3000 – 5000 m: Kurzatmigkeit, Puls beschleunigt, Übelkeit, Herzklopfen, Kopfschmerzen, wenig leistungsfähig [über 7000 m gar Todesgefahr]; Höhenkrankheit trifft jeden mehr oder weniger hart ohne Training
    • Tipp: Mate- und Kokablättertee beugen die Höhenkrankheit vor
    • Luftdruck halb so hoch [Tiefland 1000 hPa, in 5000 m Höhe nur 500 hPa] und wesentlich weniger Sauerstoff in der Luft höherer Lagen
    • Bergsteiger errichten beim Erklimmen der 8000er oft ein mehrtägiges Zwischenlager in 6000 m Höhe ein, um den Körper daran zu gewöhnen [mit der Zeit produziert der Körper mehr rote Blutzellen, um die Sauerstoffversorgung zu optimieren]
    • Hochlandmenschen in den Anden haben bedeutend mehr Blutzellen
    • Sportler werden oft vor Turnieren eine Weile ins Hochland geschickt [es bilden sich vermehrt rote Blutzellen für mehr Sauerstoff]
Biologische Oxidation [Zellatmung]
  • Ort → in den Mitochondrien jeder Tier- und Pflanzenzelle
  • Funktion → Energieversorgung der Zelle und so des Körpers [ATP- und Wärmeenergie]
  • Ausgangsstoffe → Sauerstoff sowie organische Stoffe [in erster Linie Traubenzucker, teilweise auch Fette und notfalls Eiweiße, was aber langfristig lebensbedrohlich ist]
  • Produkte → Kohlenstoffdioxid, Wasser, Energie
  • Bedingung → Enzyme
  • Regelung → durch Hormone [z.B. Thyroxin aus der Schilddrüse, Adrenalin der Nebennieren] kann Energieproduktion an Aktivität [z.B. Schlaf, hohe Belastung] angepasst werden
  • Prinzip → Traubenzucker [Glucose] + Sauerstoff Kohlenstoffdioxid + Wasser + ENERGIE
    C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O ; ΔH = -2870 kJ/mol
  • Zusammenhänge zwischen Belastung und Atmung → Je höher die körperliche Belastung, ...
    • umso größer der Energiebedarf
    • umso größer der Sauerstoffbedarf bei der Zellatmung
    • umso höher die Atemfrequenz [Atemleistung]
    • umso mehr Puls [siehe Herzleistung, Blutdruck] zwecks besserer Sauerstoffversorgung
Hinweise und einige Fachbegriffe
  • Diffusion → Konzentrationsausgleich zwischen unterscheidlich konzentrierten Stoffen entlang dem Konzentrationsgefälle [z.B. Tinte in Wasser tropfen, verteilt sich mit der Zeit allein]; immer passiv
  • ATP → Adenosintriphosphat; universell einsetzbarerer Energieträger; energiereiche organische Verbindung [speicherbar]; durch Abspaltung eines Phosphatrests [oder auch zwei] kann Energie bereitgestellt werden; es bildet sich ADP
    ATP ADP + P ; exotherm   bzw.   ADP + P ATP ; endotherm
  • Muskelkontraktion → aktives Zusammenziehen von Muskeln [energiebedürftig]
  • Bronchien → Luftwegesystem, das durch Knorpelringe offen gehalten wird; beginnend mit den beiden Hauptbronchien, die direkt von der Luftröhre abzweigen, und sich immer weiter und feiner verzweigen
  • Bronchiolen → kleinere Luftwege, die von den Bronchien abzweigen und keinen Wandknorpel mehr haben
Quellenangaben
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