Das Respiratorische System Teil 1

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1 Das Respiratorische System Teil 1 Helfergrundausbildung Bendorf 2005 Lehrgangsleitung : Alexander Ghabour,, Dirk Kremer Atmung Atmungssystem = Respiratorisches System Äußere Atmung : Der Gasaustausch zwischen der Umgebungsluft und dem Blut im Alveolar- Kapillarsystem der Lunge Innere Atmung : Der Gasaustausch zwischen dem Sauerstoffträger im Blut und den KörperzellenK 1

2 Aufgaben der Atmung Jede Zelle des Körpers K mit Sauerstoff zu versorgen Einatemluft weiterleiten Einatemluft erwärmen rmen Einatemluft anfeuchten Einatemluft filtern Abfallgase ausstoßen Atmungsorgane Nase ( Nasus ) Rachen ( Pharynx ) Kehldeckel ( Epiglottis ) Abgrenzung Kehlkopf ( Larynx ) Luftröhre ( Trachea ) Bronchien Bronchiolen Lungenbläschen ( Alveolen ) 2

3 Totraumvolumen Das gesamte luftleitende System nimmt ein gewisses Volumen ein, das auch respiratorischer Totraum genannt wird. Das Volumen errechnet sich nach einer Faustformel mit 2 ml pro kg Körpergewicht. K Bei jedem Atemzug treten etwa 500 ml Luft in den Respirationstrakt ein. Davon gelangen nur etwa 2/3 in die Lungenalveolen.. Der Rest bleibt in den Atemwegen wie Kehlkopf, Luftröhre und Bronchien. Das Totraumvolumen kann somit nicht am Gasaustausch teilnehmen. Nase ( Nasus ) Äußerer sichtbarer Teil: knöchernes Nasenbein seitliche Nasenknorpel große e Nasenflügelknorpel kleine Nasenflügelknorpel Nasenscheidewand ( Septum ) Nasenlöcher. Innerer Teil: Nasenscheidewand Nasenmuscheln ( Conchae ), Obere und untere Begrenzung der Nasenhöhle hle bilden der Gaumenknochen und die Schädelbasis. 3

4 Nase ( Nasus ) Kleine Öffnungen stellen eine Verbindung zu den Nasennebenhöhlen hlen her. Die Nasennebenhöhlen hlen befinden sich im Stirnbeinknochen hinter den Augenbrauen, im Oberkieferknochen hinter den Wangen und im Dreieck zwischen Augen und Nase. Ausgekleidet werden die inneren Oberflächen der Nase durch eine stark durchblutete Schleimhaut mit Flimmerhärchen rchen ( Zilien ). Physiologie Nasenschleimhäute produzieren ca. 50 ml Schleim pro Tag: Staubpartikel aus der Einatemluft an der Oberfläche zu binden Einatemluft anfeuchten Flimmerschlag der Zilien (=Flimmerhaare): Staubpartikel in Richtung Rachen transportiert und durch Schlucken auf den Verdauungsweg aus dem Körper entfernt. Staubpartikel durch Schnupfen oder Niesen aus den Atemwegen entfernen 4

5 Physiologie Die Anwärmung der Einatemluft erfolgt durch ein feines Geflecht an kleinsten Blutgefäß äßen, dass die Schleimhaut durchzieht. Die Funktion der Nasennebenhöhlen hlen sind zum einen die Gewichtsersparnis des Schädels sowie ein Resonanzkörper der Stimme. Die Tränenkan nenkanäle der Augen münden m in die Nasenhöhlen, hlen, wodurch überflüssige Tränenfl nenflüssigkeit abtransportiert wird. Außerdem bildet das Dach der Nasenhöhle hle den Sitz von zahlreichen Riechsinneszellen. Rachen ( Pharynx ) Der oberer Teil des Rachens ist fest mit der Schädelbasis verbunden, der untere Teil des Rachens hat eine elastische Verbindung zu den Knorpeln des Kehlkopfes und der Speiseröhre. Direkt hinter dem Rachen verläuft die Halswirbelsäule. Die Oberfläche des Rachens besteht aus einer aktiven Schleimhaut und ist mit glatten Muskelgewebe durchzogen. Der Rachenraum wird nochmals in drei Bereiche eingeteilt, in den Nasenrachen, den Mundrachen und den Halsrachen. 5

6 Rachen ( Pharynx ) Nasenrachen: : Erstreckt sich von der Schädelbasis bis zum Gaumensegel und bildet die hintere Fortsetzung der Nasenhöhlen. hlen. Mundrachen: : Erstreckt sich vom Gaumensegel hinter dem Mundraum entlang bis zum Kehldeckel. Halsrachen : Erstreckt sich vom Kehldeckel abwärts bis zum Kehlkopf und zur Speiseröhre. Physiologie Neben seiner Funktion als Atemweg ist der Rachen auch Transportweg von Nahrung und Flüssigkeit. Hier erfolgt die Trennung von Atemluft und Speisen. Die Schleimhäute des Rachens bilden reichlich Schleim ( ca. 1,7 l pro Tag ), um die Einatemluft anzufeuchten und den Speisebrei aufzubereiten. Eine Reizung des Rachens kann Husten, Niesen ( Schutzreflexe ) oder Erbrechen auslösen. sen. 6

7 Kehldeckel ( Epiglottis ) knorpelartige, löffelfl ffelförmige Struktur oberhalb des Kehlkopfes. Er streckt sich bei geöffneten Atemwegen nach oben. Die obere Abgrenzung des Kehldeckels erfolgt am Zungengrund. Beim Schluckvorgang senkt sich der Kehldeckel auf den aufgerichteten Kehlkopf und verschließt so die unteren Atemwege gegen Fremdkörper. rper. Kehldeckel ( Epiglottis ) 7

8 Kehlkopf ( Larynx ) Verbindung zwischen Kehldeckel und Luftröhre. Er ist ein Knorpelgerüst in Röhrenform R auf dessen Oberrand der Kehldeckel sitzt. Der größ ößte Knorpel ist der Schildknorpel, der an der Vorderseite des Halses gut zu erkennen. Unter dem Schildknorpel folgt als Verbindungsstück zur Luftröhre der siegelringförmige rmige Ringknorpel, dessen Verdickung nach hinten gerichtet ist. Die Auskleidung des Kehlkopfes ist ähnlich der Nasenschleimhaut, bis auf Stimmbänder und Kehldeckel. Kehlkopf ( Larynx ) Beim Schluckvorgang trägt der Kehlkopf dazu bei, die unteren Atemwege gegen Fremdkörper rper zu verschließen. en. Aufgrund der Beherbergung der Stimmbänder ist er das Hauptorgan der Stimmbildung. Seine Festigkeit und Beweglichkeit erhält der Kehlkopf durch neun Knorpelstücke, die durch Bänder B sowie durch an Innen- und Außenseite verlaufende Muskeln verbunden sind. Gelangen Fremdkörper rper an die Innenwandungen des Kehlkopfes, so kommt es zum Hustenreflex. Die Stimmritze schließt t sich und es kommt zu einem reflektorischen Hustenstoß,, der die Stimmritze aufsprengt und Fremdkörper rper in den Rachen- und Mundraum zurückschleudert. 8

9 Luftröhre ( Trachea ) Die Trachea schließt t nach oben, durch elastisches Bindegewebe, an den Ringknorpel des Kehlkopfes an. Beim Erwachsenen ist die Trachea durchschnittlich cm lang und hat eine muskulöse se C-förmige Struktur. An der Hinterwand, zur Speiseröhre hin, ist die Trachea abgeflacht. Ihr Aufbau besteht aus Knorpelspangen, die durch elastisches Bindegewebe verbunden sind. Ausgekleidet ist sie durch eine Schleimhaut mit Flimmerepithel. In Höhe H des Brustwirbels teilt sich die Trachea (Bifurcation ) in den rechten und linken Stammbronchus. Luftröhre ( Trachea ) 9

10 Luftröhre ( Trachea ) Durch die Knorpelspangen behält die Trachea auch bei einem Unterdruck, bzw. bei extremen Verschränkungen, ihren Durchmesser offen. Das elastische Bindegewebe zwischen den Knorpelspangen verleiht der Trachea eine LängsL ngs- und Querelastizität. t. Die schleimbildenden Becherzellen und das Flimmerepithel dienen ebenfalls dem Anwärmen, Anfeuchten und Reinigen der Einatemluft. Durch den Flimmerschlag der Zilien werden Schleim und Fremdkörper rper ständig in Richtung Rachen transportiert, von wo aus sie verschluckt werden. Stammbronchien Verbindung zwischen der Trachea und den Bronchien der einzelnen Lungenlappen Sie sind nur wenige Zentimeter lang. Die Wandstruktur der Stammbronchien ist ähnlich der Trachea, jedoch mit runden Knorpelspangen sowie einer Schleimhaut mit Flimmerepithel. Der rechte Stammbronchus verläuft etwas steiler als der linke. Der linke Stammbronchus teilt sich weiter in zwei, der rechte in drei Bronchien. An den Eintrittsstellen der Stammbronchien verlaufen auch die großen zu- und abführenden Blutgefäß äße. Die Eintrittsstellen werden auch als Lungenhilus bezeichnet. 10

11 Bronchien Verbindung zwischen den Stammbronchien und den Bronchiolen. Durch mehr als zwanzig Teilungen im Verlauf eines Bronchus entsteht das verzweigte System des Bronchialbaumes. Die stabilen Knorpelspangen der Stammbronchien sind in den Strukturen der Bronchien nicht mehr anzutreffen, sie werden durch kleine unregelmäß äßig verteilte Knorpelplättchen ersetzt. Mit abnehmendem Innendurchmesser nimmt der Anteil an glatter Muskulatur in den Wandungen immer mehr zu. Weiterhin ist der Bronchialbaum mit einem feinem Nervengeflecht durchzogen. Seine Auskleidung besteht ebenfalls aus einer Schleimhaut und Flimmerepithel. Bronchien Wie im übrigen luftleitenden System wird die Einatemluft erwärmt, rmt, angefeuchtet, weitergeleitet und gefiltert. Durch den Flimmerschlag des Epithels werden Schmutzpartikel und Schleim ständig in Richtung Trachea befördert. Durch das Nervengeflecht und die Muskelfaserzüge wird der Durchmesser der Bronchien aktiv reguliert. 11

12 Bronchiolen Feinste Verzweigungen des Bronchialbaumes mit einem Innendurchmesser von weniger als 1 Millimeter. Verbindung zwischen Bronchien und den Alveolargängen der Alveolen dar. Bei den Bronchiolen fehlen die Knorpeleinlagen gänzlich. g Die Bronchiolen sind mit einer Vielzahl glatter Muskelfaserzügen umgeben Jede Bronchiole teilt sich nochmals in ca. 5 Alveolargänge. Die Funktion der Bronchiolen bestehen im Anfeuchten, Anwärmen, Filtern und Weiterleiten der Einatemluft. Durch die glatte Muskulatur der Bronchiolen wird der Zu- und Abstrom der Atemluft aktiv mitreguliert. Alveolen ( Lungenbläschen ) Die Alveolen sind über die Alveolargänge mit den Bronchiolen verbunden. An den Alveolargängen liegen die Alveoli dicht gepackt, ähnlich Weintrauben am Ast. Durch die Bläschenstruktur der Alveolen erhält die Lunge eine innere Oberfläche von ca. 100 Quadratmetern. Die Alveolen sind durch einen besonderen Typ von Alveolarepithelzellen in der Lage Fremdkörper rper wie z. B. kleine Rußteilchen zu phagozytieren (=in sich aufzunehmen) Die Alveolen werden außen von feinsten Kapillaren umsponnen. Die Trennung von Alveolar- und Kapillarsystem erfolgt durch die Basalmembran, eine halbdurchlässige Membran, die gerade 1/1000 Millimeter dick ist. 12

13 Alveolen ( Lungenbläschen ) In den Alveolen sind Blut und Luft nur durch die sogenannte Blut-Luft Luft-Schranke voneinander getrennt. Eine semipermeable Membran, die es ermöglicht, je nach Konzentrationsgefälle Stoffe hindurchzulassen. Physiologisch passiert der Sauerstoff der Einatemluft die Membran und wird im Kapillarsystem der Lunge aufgenommen. Hauptsächlich Kohlendioxid, aber auch andere Abfallgase, nehmen den umgekehrten Weg durch die Membran und werden ausgeatmet. Da auch andere Stoffe, wie z. B. Alkohol, aus dem Blut die Basalmembran durchdringen und mit der Ausatemluft abgegeben werden, zählt z die Lunge auch zu den Ausscheidungsorganen. Die Alveolen gehören zum gasaustauschenden System. Lunge ( Pulmones ) Die Lungen ( rechte und linke ) liegen in der Brusthöhle hle und werden medial ( zur Mitte ) durch das Mediastinum begrenzt, eine Membran, die sich von der Wirbelsäule auf der Rückseite R bis zum Sternum auf der Vorderseite erstreckt. Die Außenseite der Lungen liegen an den Rippen an. Nach unten ( caudal ) werden die Lungen vom Zwerchfell (Diaphragma ) begrenzt ( Lungenbasis ). Die Spitzen beider Lungen ragen über die Schlüsselbeine geringfügig gig hinaus. Zwischen linken und rechten Lungenflügel gel ( im Mediastinum ) liegt das Herz. Durch die seitliche Verschiebung des Herzens nach links ist die rechte Lunge größ ößer als die linke Lunge. 13

14 Lunge ( Pulmones ) Die rechte und linke Lunge besitzen Spalten, welche die Gesamtstruktur in kleinere Lappen aufteilen. Die linke Lunge besitzt nur eine horizontale Fissur ( Spalte ), die sie in zwei Lappen ( oberen und unteren ) unterteilt. Die rechte Lunge weist sowohl eine horizontale als auch eine schräge Fissur auf, die sie in drei Lappen aufteilen ( oberen, mittleren und unteren ). Wegen dieses dritten Lappens ist der rechte Lungenflügel gel größ ößer als der linke und reicht auch weiter in die Bauchhöhle hle hinein. Beide Lungen sind von einer dünnen, d mit Gefäß äßen versorgten Hülle, überzogen, dem Lungenfell ( Pleura pulmonalis bzw. Pleura visceralis ). Zu den Strukturen der Lungen gehören: Stammbronchien, Bronchien, Bronchiolen, Alveolarsystem und das Kapillarsystem. Lunge ( Pulmones ) Durch die Kontraktion des Zwerchfells und der Rippenzwischenmuskulatur bei der Inspiration (Einatmung) vergröß ößert die Lunge ihr Volumen, so daß durch den entstehenden Unterdruck Einatemluft einströmt. Somit handelt es sich bei der Inspiration um aktive Muskelarbeit. Die Exspiration erfolgt durch das Erschlaffen von Diaphragma und Intercostalmuskulatur und ist somit ein passiver Prozess. 14

15 Lunge ( Pulmones ) Pleura Anatomisch lässt l sich die Pleura in drei Schichten unterteilen: Lungenfell ( Pleura pulmonalis oder visceralis ) Pleuraspalt Rippenfell ( Pleura parietalis oder costalis) Das Rippenfell kleidet die Brustwand, das Zwerchfell und das Mediastinum aus, das Lungenfell die Oberfläche der Lungen. Die Oberfläche beider Felle zueinander ist spiegelglatt und der Spalt ( Pleuraspalt ) zwischen ihnen ist mit einer serösen sen Flüssigkeit gefüllt. 15

16 Pleura Durch den Pleuraspalt, kommt es zu einer Anhaftung zwischen dem Lungenfell, dass fest mit den Strukturen der Lunge und dem Rippenfell, das fest mit den Strukturen von Rippen, Mediastinum und Diaphragma verbunden ist. Die Anhaftung erfolgt ähnlich wie bei zwei Glasscheiben, die angefeuchtet und aufeinander gelegt werden ( Adhäsionskr sionskräfte ). Zwerchfell ( Diaphragma ) Das Zwerchfell ist eine breite gewölbte Muskelplatte, deren Aufbau aus Muskeln und Bindegewebe besteht. Es ist kuppelartig gegen die Brusthöhle hle gerichtet und trennt Brust- und Bauchhöhle hle voneinander. Zwischen Herz und Diaphragma besteht über das Perikard eine feste Verbindung. Für r die großen Gefäß äße e ( Aorta und Vena Cava Inferior ) und für f r die Speiseröhre gibt es Durchtrittsstellen. 16

17 Zwerchfell ( Diaphragma ) Zwerchfell ( Diaphragma ) Inspiration: Durch Kontraktion des Zwerchfells senkt es sich um ca. 3 4 cm in den Bauchraum. Die fest anhaftenden Lungen folgen dieser Bewegung und vergröß ößern so ihr Volumen. Atemluft strömt durch den Unterdruck über die oberen Atemwege bis in die Alveolen nach. Unterstützend tzend kontrahiert die Rippenzwischenmuskulatur und erweitert so das Thoraxskelett nach vorne und in geringem Maße e zur Seite. Bei Atemnot können k die zwei Inspirationsmechanismen noch durch die Atemhilfsmuskulatur ( Brustmuskel, Schultermuskulatur und Oberarmmuskulatur ) ergänzt werden. Bei der Inspiration wird aktive Muskelarbeit geleistet. 17

18 Zwerchfell ( Diaphragma ) Exspiration: Die Exspiration ist ein überwiegend passiver Prozeß. Erschlaffung von Intercostalmuskulatur und Diaphragma. In Folge seiner Eigenelastizität t verengt sich der Thorax und das überschüssige ssige Volumen wird aus den Lungen über die oberen Atemwege abgegeben. Die Zwerchfellarbeit wird auch als sogenannte Bauchpresse bezeichnet, die bei den Geburtswehen und beim Stuhlgang hilfreiche Dienste leistet. Das Zeitverhältnis von In- zur Exspiration beträgt physiologisch ca. 1 1,5. Gasaustausch Um den Körper K mit Sauerstoff zu versorgen, muß das sauerstoffarme, mit Kohlendioxid beladene Blut, in einem Zeitraum von 0,3 Sekunden mit Sauerstoff versorgt werden. Dazu diffundiert der Sauerstoff aus der sauerstoffreichen Einatemluft durch - das Alveolarendothel - die Basalmembran - das Kapillarendothel Gleichzeitig diffundiert das Kohlendioxid in entgegengesetzter Richtung. Der gesamte Vorgang wird als Gasaustausch bezeichnet. 18

19 Gasaustausch Bei einem Vergleich von Ein - und Ausatemluft stellt man fest, dass sich die Volumenkonzentration von Sauerstoff und Kohlendioxid nur geringfügig gig ändern: Einatemluft Ausatemluft 21 % O 2 17 % O 2 0,04 % CO 2 4,04 % CO 2 78 % N 2 78 % N 2 0,96 % Edelgase 0,96 % Edelgase Nicht einmal 10 % Gas wird ausgetauscht und ca. 90 % werden nur hin und herbewegt. Sauerstofftransport im Blut Der über die Lunge aufgenommene Sauerstoff diffundiert sofort in die roten Blutkörperchen (Erythrozyten). Der Sauerstoff lagert sich an das Eisenatom des Hämoglobin ( roter Blutfarbstoff ) an. Die Abgabe des Sauerstoff s s erfolgt wiederum in den kleinsten Kapillaren des Gewebes. Der Sauerstoff diffundiert aus dem arteriellen sauerstoffreichen Blut in die sauerstoffarmen Zellen. 19

20 Kohlendioxidtransport im Blut Auf seinem Weg von den Körperzellen K zur Lunge besitzt das Kohlendioxid unterschiedliche Transportvehikel. So ist ein Teil physikalisch im Blutplasma gelöst. Ein weiterer Teil lagert sich an Stelle des Sauerstoffs an das Hämoglobin. Außerdem geht das Kohlendioxid labile chemische Bindungen als Bikarbonat ( HCO 3 - ) im Erythrozyten und als Bikarbonat ( HCO 3 - ) im Plasma ein. In der Lunge diffundiert das Kohlendioxid dann schließlich lich aus dem Blutkreislauf in die Lunge heraus. Atemregulation durch das vegetative Nervensystem Die Atemregulation erfolgt in Anpassung an den Sauerstoffbedarf des Körpers. K Dazu werden alle vom vegetativen Nervensystem erfassten Daten analysiert und bewertet. Für r die Verarbeitung der Daten und eine angemessene Reaktion ist das Atemzentrum im verlängerten Mark zuständig ( Medulla oblongata ). Das Atemzentrum reagiert in folgender Reihenfolge auf die Parameter : 1. Kohlendioxidgehaltes des Blutes 2. ph - Wert des Blutes 3. Sauerstoffmangel 20

21 Medulla Oblongata Die Medulla oblongata ist der unterste Teil des Hirnstammes Verbindung zwischen Gehirn und Rückenmark. R Sie sitzt genau über dem Foramen magnum im Schädel vor dem Kleinhirn und enthält eine Reihe von Nervenzentren, die zuständig für f r die Steuerung unwillkürlicher Prozesse wie Herzschlag, Atmung und Regulierung der Körpertemperatur K sind. Sie ist nur etwa ein Zoll ( 2,5 cm ) breit und macht weniger als 1% des Gewichts des zentralen Nevernsystems aus. Medulla Oblongata 21

22 Spirometrie 22