Ventilation

Damit die Lunge funktioniert, wird ein Lufteinstrom und ein Luftausstrom benötigt. Diese beiden Vorgänge werden auch zusammengefasst als Ventilation bezeichnet. Damit der menschliche Körper funktionieren kann, muss ein Gasaustausch in der Lunge stattfinden, produziertes Kohlendioxid wird also gegen frischen Sauerstoff getauscht. Dabei wird das Kohlendioxid aus dem Blut freigegeben und das Blut nimmt wiederum neuen Sauerstoff auf. Durch das Einatmen kann Sauerstoff in die Lunge gelangen und durch das Ausatmen kann Kohlendioxid die Lunge wieder verlassen.

Was ist eine Ventilation?

Ventilation wird auch als Lungenbelüftung bezeichnet. Die Ventilation wird nicht durch die Lunge erzeugt, sondern kommt durch die Atemmuskulatur zustande. Hauptsächlich daran beteiligt sind das Zwerchfell und die Zwischenrippenmuskeln. Durch die Ventilation kann der Gasaustausch in der Lunge stattfinden.

Gasaustauch in der Lunge
Der Gasaustausch findet in den Lungenbläschen statt. Die Lungenbläschen werden auch als Alveolen bezeichnet. Wird der Sauerstoff eingeatmet, kann nicht der gesamte Sauerstoff verwertet werden. Nur ein Teil wird direkt über die Kapillaren aufgenommen. Die Kapillaren befinden sich an den Alveolen. Das Blut, welches Kohlendioxid enthält, nimmt den neuen Sauerstoff auf. Gleichzeitig gibt das Blut Kohlendioxid an die Lunge ab. Das Kohlendioxid wird dann wieder ausgeatmet.

Entstehung von Kohlendioxid
Kohlendioxid entsteht in großen Mengen im Körper als Stoffwechselnebenprodukt. In den menschlichen Zellen im Körper findet eine Energiegewinnung statt. Dabei entsteht auch Kohlendioxid. Dieser Prozess wird auch als Zellatmung bezeichnet. Neben Kohlendioxid fällt auch Wasser an. Damit Energie im Körper entsteht, werden Kohlenhydrate in den Zellen verbrannt. Der Prozess umfasst mehrere Stufen und wird mithilfe von Enzymen katalysiert.

Verschiedene Teile des Luftstroms
Der eingeatmete Luftstrom wird, je nach Ventilation in zwei verschiedene Teile unterteilt:

  • alveoläre Ventilation
  • Totraumventilation

Nur ein Teil der Luft wird durch die Alveolen aufgenommen. Man spricht dann auch von alveolärer Ventilation. Der andere Teil der Luft füllt lediglich die Bronchien und die Luftröhre aus und wird deshalb als Totraumvolumen bezeichnet. Dieser Teil der Ventilation trägt auch den Namen Totraumventilation, da der Teil der Luft nicht von den Organen verwertet werden kann.

Die Lungenbläschen

Die Lungenbläschen, oder auch Alveolen genannt, sind für den Gasaustausch zwischen Luft und Blut verantwortlich, der während einer Atmung geschieht. Die Alveolen haben ihren Namen aufgrund ihrer Bläschenform. Sie sind zu „Säckchen“ zusammengelagert und befinden sich an den Enden der Bronchien. Sie haben nur einen Durchmesser von 50-250 µm. Im Durchschnitt besitzt eine menschliche Lunge ca. 300 Millionen Lungenbläschen. Ihre Oberfläche liegt zwischen 80-120 Quadratmetern. Je größer die Oberfläche ist, desto leichter kann der Sauerstoff aus der Atemluft aufgenommen werden.

Funktion & Aufgabe

Die Hauptaufgabe der Ventilation ist es, die Zellatmung im Körper zu ermöglichen. Die Zellatmung ist wichtig, um das unbrauchbare Kohlendioxid aus dem Körper hinaus zu bekommen und neuer Sauerstoff in den Körper gelangen kann. Ohne Ventilation wäre eine Zellatmung nicht möglich.

Funktion des Totraums
Bei jeder Atmung findet eine alveoläre Ventilation und eine Totraumventilation statt. Beide Ventilationen sind wichtig für den Körper. Zum Totraum zählen der Rachenraum, der Nasenraum, und die Luftröhre.
Funktionen des Totraums:

  • Ausfilterung von Staub und Keimen
  • Anwärmen der Atemluft
  • Herstellung der optimalen Luftfeuchtigkeit

Durch die Nase und den anderen Totraum werden Staubpartikel und Keime herausgefiltert, sodass sie dem Körper nicht weiter schaden können. Es ist also ein natürlicher Abwehrmechanismus des Körpers. Da der Totraum relativ groß ist, wird er genutzt, um die Atemluft auf die richtige Temperatur vorzuwärmen. Gleichzeitig wird die Luftfeuchtigkeit auf 100 Prozent erhöht. Nur unter diesen Bedingungen kann ein optimaler Gasaustausch in den Alveolen stattfinden. Da der Totraum über die Nase etwas länger ist, wie über den Mundraum, kann kalte Nase über die Luft eingeatmet besser temperiert werden.

Ventilation als Durchlüftung

Eine Durchlüftung der Atemorgane erfolgt mithilfe der Ventilation. Wird die Lunge nicht vollständig durchlüftet, können sich Bakterien besser ansammeln. Das wiederum begünstigt die Bildung von Bakterien. Bei längerer Bettlägerigkeit wird die Atmung des Patienten flacher. Dies hat zur Folge, dass die Durchlüftung der Lungen nicht vollständig funktionieren kann. Die Ventilation übernimmt also auch eine Schutzfunktion. Eine regelmäßige Lageveränderung ist deshalb bei Bettlägerigkeit sehr wichtig. Auch eine spezielle Atemgymnastik kann dabei helfen, eine vollständige Ventilation des Totraums zu ermöglichen.

Aufbau der Atemwege
Die Luft kann über verschiedene Wege in den Körper gelangen, entweder über den Mund oder über die Nase. Strömt die Luft über die Nase in den Körper, findet direkt eine Luftfilterung in der Nase statt. Die Schleimhäute und die Härchen entfernen Staubpartikel und Bakterien aus der Atemluft. Gleichzeitig erfindet eine Erwärmung und Anfeuchtung der Atemluft. Über den Rachenraum und die Luftröhre gelangt die Luft in die Bronchien. Atmet man über den Mund ein, gelangt die Luft direkt in die Luftröhre. In der Luftröhre erfolgt eine erneute Reinigung mithilfe der Flimmerhärchen. Im Körper gibt es zwei verschiedene Bronchienäste. Die Bronchien verzweigen sich immer weiter. Am Ende der Bronchien befinden sich die Lungenbläschen, die nur über eine sehr dünne Membran verfügen. Durch die dünne Membran kann der Gasaustausch stattfinden.

Steuerung der Ventilation
Die Ventilation wird vom Gehirn ausgesteuert. Maßgeblich für die Steuerung ist das Atemzentrum verantwortlich. Das Atemzentrum befindet sich verlängerten Mark. Das verlängerte Atemzentrum wird lateinisch auch als Medulla oblongata bezeichnet. Der Kohlendioxidgehalt, der sich im Blut befindet, wird über entsprechende Chemorezeptoren kontrolliert. Erst wenn der Kohlendioxidgehalt im Blut einen bestimmten Wert überschreitet, wird eine Reaktion ausgelöst und der Atemantrieb wird aktiviert. Zusätzlich gibt es noch Rezeptoren, mit deren Hilfe der pH-Wert speziell im arteriellen Blut kontrolliert wird. So kann festgestellt werden, ob ein Sauerstoffmangel im Blut vorliegt. Dieser Atemreiz ist aber dem Atemantrieb untergeordnet.
Die Atemsteuerung erfolgt also über:

  • das Atemzentrum
  • pH-Wert messende Rezeptoren

Bei der Ventilation spielt auch die Lungenausdehnung eine Rolle. Die Lungenausdehnung wird durch den Nervus vagus kontrolliert, also von bestimmten Fasern. Wird die Lungenausdehnung zu groß, wird sie dadurch reflektorisch automatisch beschränkt.

Krankheiten & Beschwerden

Der menschliche Körper ist von einer funktionierenden Atmung abhängig. Ohne Atmung funktioniert die Zellatmung nicht mehr und der Organismus stirbt. Grund dafür ist die mangelnde Sauerstoffversorgung. Auch das Kohlendioxid kann dann den Körper nicht mehr verlassen. Ein Sauerstoffmangel im Blut wird auch als Hypoxie bezeichnet.

Eine unzureichende Ventilation kann durch verschiedene Krankheiten ausgelöst werden:

Asthma bronciale

Bei einer Asthma bronciale tritt eine Entzündung der Atemwege auf. Besonders betroffen ist die Schleimhaut der Bronchien. Diese ist sehr sensibel und schwillt schnell an, wenn Reize von außen auf die Atemwege einwirken. Zusätzlich wird zäher Schleim produziert. Die Folge ist Husten, Atemnot und Kurzatmigkeit. Insgesamt tritt Asthma sehr oft auf und gilt als häufigste chronische Erkrankung. Jungen im Kindesalter sind öfters davon betroffen als Mädchen.

Lungenödem
Sammelt sich Wasser im Gewebe an, spricht man von einem Ödem. Das Lungenödem ist dabei ein Spezialfall. In der Lunge lagert sich Wasser ein, was zu schweren gesundheitlichen Beschwerden führen kann. Deshalb sollte ein Lungenödem immer so schnell wie möglich von einem Arzt behandelt werden. Typische Symptome für ein Lungenödem sind Husten, Herzrasen, Krankhafte Atemgeräusche und Atemnot. Insgesamt können sich bis zu zwei Liter Wasser in der Lunge ansammeln. Aus einem unbehandelten Lungenödem kann eine Lungenentzündung entstehen.

Atemnot

Eine Atemnot kann durch verschiedene Dinge verursacht werden. Meist erzeugen Lungenerkrankungen oder Erkrankungen am Herzen die Atemnot. Bei Atemnot herrscht ein akuter Luftmangel und kann sogar für den Patienten lebensbedrohlich sein. Man unterscheidet generell zwischen drei Arten der Atemnot:

  • Belastungsdyspnoe
  • Sprechdyspnoe
  • Ruhedyspnoe

Die Belastungsdyspnoe tritt nur bei Belastungen auf. Die Sprechdyspnoe bereitet beim Sprechen Schwierigkeiten. Der akuteste Fall ist die Ruhedyspnoe, bei der meist eine Beatmungshilfe benötigt wird.

Lungenentzündung
Die Ursachen für eine Lungenentzündung sind meist Viren, Pilze oder Bakterien. Meist tritt eine Lungenentzündung im Winter auf. Eine Lungenentzündung ist ansteckend und kann mittels Tröpfcheninfektion von einem Menschen zum anderen Mensch übertragen werden. Im schlimmsten Fall kann eine Lungenentzündung tödlich verlaufen. Typische Symptome für eine Lungenentzündung sind Husten, Hustenschleim und Atemnot. Daneben treten noch Schüttelfrost, Fieber und Brustschmerzen auf.

Lungenembolie
Von einer Lungenembolie spricht man, wenn die Lungengefäße durch ein Blutgerinnsel blockiert sind. Eine häufige Ursache für eine Lungenembolie ist eine Thrombose. Eine Lungenembolie sollte sofort behandelt werden, da sie unbehandelt zum Tod führen kann.
Typische Symptome einer Lungenembolie sind:

Blutverdünnende Mittel können bei Risikopatienten helfen, eine Lungenembolie vorzubeugen.

Blutarmut
Blutarmut wird auch als Anämie bezeichnet. Bei dieser Erkrankung treten kleinere Blutungen im Körperinneren auf, die oft erst sehr spät bemerkt werden. Bei Frauen können diese bereits durch die regelmäßige Monatsblutung verursacht werden. Dadurch steht dem Körper weniger Blut für den Sauerstofftransport zur Verfügung. Bei niedrigerem Sauerstoffgehalt im Blut wird die Ventilation verstärkt ausgelöst. Dies führt zu einer Luftnot.

Überzuckerung Diabetes Typ I
Bei Diabetes Typ I tritt aufgrund der Überzuckerung ein sinkender pH-Wert im Blut auf. Es ist also eine Übersäuerung vorhanden. Dadurch wird eine vertiefte Atmung ausgelöst. Diese geschieht ohne Pause. Die Art der Atmung wird auch als Kussmaul-Atmung bezeichnet. Eine starke Diabetes-I-Form muss unbedingt behandelt werden, da sie unbehandelt zum Tod führen kann.

Fragen & Antworten zur Ventilation

Kann die Ventilation bewusst gestoppt werden?

Die Ventilation kann bewusst unterbrochen werden. So wird es zum Beispiel möglich, unter Wasser die Luft anzuhalten und zu tauchen. Daraus hat sich ein extra Sport entwickelt, das Apnoe-Tauchen. Getaucht wird nur mit dem eigenen Sauerstoff, ohne zusätzliche Sauerstoffflasche. Der Rekord liegt bei ca. 11 Minuten. Das größte Luftvolumen kann mit einem Alter von 20 Jahren eingeatmet werden. Gleichzeitig besitzt aber jeder Mensch einen Überlebensreflex. Wird die Luft zu lange angehalten, entsteht eine große Atemnot, dann greift ein Einatmungsreflex und der Mensch schnappt instinktiv nach Luft. An Land ist es also nicht möglich, durch Luft anhalten zu ersticken. Unter Wasser verschluckt man durch diesen automatischen Einatmungsreflex viel Wasser und ertrinkt dann. Ist das Gehirn ohne Sauerstoff, treten sofort Schädigungen im Gehirn auf. Nach mehreren Minuten sind die Schädigungen irreparabel und Wiederbelebungsversuche sind nicht mehr erfolgreich.

Was passiert bei zu häufiger Ventilation?
Atmet man zu oft ein, spricht man von einer Hyperventilation. Eine Hyperventilation kann entweder körperliche oder psychische Gründe haben und hat einen pH-Anstieg im Blut zur Folge. Angst, Panik und Erregung können ebenso Auslöser sein, wie Hirntumore, Hirnhautentzündungen und ein Schlaganfall. Charakteristisch für die Hyperventilation ist eine schnelle Atemfrequenz. Schwindel, Sehstörungen und Benommenheit können die Folge einer Hyperventilation sein.

Wie oft erfolgt die Ventilation?
Wie oft jemand ein- und ausatmet, variiert von Mensch zu Mensch. Bei erwachsenen Menschen gilt in einem ruhigen Zustand für die Atemfrequenz ein Richtwert zwischen 11-15 Atmungen pro Minute. Jugendliche atmen schon 16-19 Mal pro Minute und Schulkinder ca. 20 Mal. Säuglinge atmen mit 30 Atemzüge pro Minute am häufigsten. Die Atmung verlangsamt sich also etwas mit dem Alter. Bei Neugeborenen liegt die Atemfrequenz sogar zwischen 40 und 50 Atemzügen pro Minute. Mit einem Atemzug atmet ein erwachsener Mensch ca. 0,5 Liter Luft ein. Bei Tieren variiert die Ventilation stark von Tierart zu Tierart. Bei Hunden liegt die Ventilation pro Minute zwischen 10 und 40, Pferde haben nur 6 bis 16 Atemzüge pro Minute.

Unser Fazit zu Ventilation

Die Ventilation ist ein wichtiger Vorgang im Körper. Sie ermöglicht den Gasaustausch im Blut, die Abgabe von Kohlendioxid und die Aufnahme von Sauerstoff. Ist die Ventilation nur eingeschränkt möglich, kommt es zu Atemnot und kann lebensgefährlich werden. Eine vollständige Ventilation aller Atemorgane ist wichtig, um die Ansammlung von Bakterien und Viren in den Atemorganen zu verhindern. Wie oft ein Mensch ventiliert, hängt wesentlich von seinem Alter ab.

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