Atemapparat und Atemvorgang

1 / 39 Atemapparat und Atemvorgang Referent: Roland Ramthun Universität Trier, FB II Dozent: Dr. Masthoff 07.11.2007

2 / 39 Atmung - Die Energiequelle für die Lauterzeugung I Man unterscheidet zwischen innerer und äußerer Atmung Innere Atmung bezeichnet die Oxidationsvorgänge zur Energiegewinnung auf Zellniveau mithilfe von O 2, Eiweiß, Fett und Enzymen, äußere Atmung den Sauerstoffaustausch zwischen Außenmedium (Luft) und Blut Für uns ist primär die äußere Atmung interessant, weil Sie die Lauterzeugung ermöglicht Die sprachliche Lauterzeugung findet in allen bisher bekannten Sprachen beim Ausatmen statt Es ist auch möglich beim Einatmen Laute zu erzeugen, diese sind aber leiser, verhauchter und entstehen unter höherem Luftvolumenverbrauch Zumindest bis zum Kehlkopf entsteht bei der Lauterzeugung ein Überdruck

3 / 39 Atmung - Die Energiequelle für die Lauterzeugung II Die Lungen sind passives Gewebe, welches mithilfe von Muskeln, elastischen Kräften und der Schwerkraft bewegt werden muss = Die Atmungsorgane selbst erzeugen keinen Sprachschall, liefern aber für die Lautbildung nötige potentielle und kinetische Energie

4 / 39 Bewegen die Lungen Luft? Wie kann die Lunge Luft bewegen, wenn sie passives Gewebe ist? Mithilfe von Muskeln, die das Volumen der Brusthöhle verändern: Bei der Inspiration wird das Volumen der Brusthöhle vergrößert, wodurch in der Lunge ein Unterdruck entsteht, der über Druckausgleich Luft einzieht Bei der Expiration wird ein Überdruck durch Verkleinerung des Brusthöhlen, und somit auch des Lungenvolumens, erzeugt, wodurch die Luft entweicht

5 / 39 Wirbelsäule Die Wirbelsäule ist in mindestens 4 Bereiche aufgeteilt: Halswirbelsäule (rot) Brustwirbelsäule (blau) Lendenwirbelsäule (gelb) Falsche Wirbel Kreuz- und Steißbein Die untersten Wirbel des Kreuz- und Steißbeines sind miteinander verwachsen Die Wirbel haben einen Dornfortsatz, an dem Bänder und Muskeln festmachen

6 / 39 Der Thorax - Übersicht In der Brust befindet sich der Brustkorb (Thorax), der von 12 Rippenpaaren begrenzt wird Im Thorax befinden sich u.a.: die Lungen der Herzbeutel wichtige Teile des Lymphsystems

7 / 39 Rippen - Allgemeines I Rippen sind vorne knorpelig und hinten knochig Die 12 Rippen-Paare sind je an einem Wirbel der Brustwirbelsäule beweglich, d.h. gelenkartig, befestigt Ventral laufen die sieben oberen Rippen am Brustbein (Sternum) zusammen

8 / 39 Rippen - Allgemeines II Die Rippen 8-10 sind mit Rippe 7 verbunden Die Rippen 11 und 12 liegen frei

9 / 39 Rippen - Muskeln I Zwischen den Rippen befinden sich die Zwischenrippenmuskeln (musculi intercostales) An der am Sternum befestigten Ende der Rippe befinden sich die Mm. intercostales interni, welche schräg dorsal zu der darunterliegenden Rippe verlaufen

10 / 39 Rippen - Muskeln II Sie sind etwa bis zur Mitte der Rippe vorhanden und von den intercostales externi verdeckt Mm. subcostales befinden sich auf der Innenseite des Thorax und sind, bis auf die Tatsache dass sie Rippen überspannen, den Mm. intercostales interni sehr ähnlich

Rippen - Muskeln III Außenliegend gibt es die musculi intercostales externi, die in die entgegengesetzte Richtung verlaufen und die gesamte Rippe abdecken, sich aber zum Sternum hin ausdünnen = Diese Muskeln können eine Rippe bei der Inspiration etwa auf die Höhe der nächsthöheren Rippe heben 11 / 39

Rippen - Schwenkbewegung Da die Rippen an ihren Enden befestigt sind, können sie sich nur vertikal bewegen, wenn sich die Muskeln zusammenziehen Wegen ihrer Bogenform müssen sie nach außen schwenken Unten sind die Rippen größer und liegen schräger, weshalb diese Bewegung dort stärker ist 12 / 39

Atemhilfsmuskel - Inspiration Halsmuskeln Scaleni (unterstützten die obersten beiden Rippen bei der Anhebung) Sternocleidomastoideus (Hebung des Brustbeins und Schlüsselbeins (bei forcierter Atmung, falls Kopf fixiert) Brustmuskeln (forcierte Atmung) Pectoralis major (1. Schicht, hebt die oberen Rippen) Petoralis minor (2. Schicht, unter p. ma., unterstützt zusammen mit P. major die Anhebung der beiden oberen Rippen) Subclavius (3. Schicht, unter p.ma., unterstützt die Anhebung der ersten Rippe) Serratus anterior (Anhebung der oberen Rippen) Rückenmuskeln (forcierte Atmung) Serratus posterior superior/inferior (Anhebung der Rippen im hinteren Teil) Latissimus dorsi (Anhebung der untersten Rippen) Iliocostalis cervicis (Anhebung der oberen 6 Rippen) 13 / 39

14 / 39 Atemhilfsmuskel - Expiration Brustkorbmuskeln: Intercostales interni (Hauptrippensenker) Subcostales (unterstützt bei der Rippenabsenkung) Transversus thoracis (Absenkung der Rippen bei fixiertem Brustbein) Bauchmuskeln: Transversus abdominis (Kompression der Bauchhöhle) Obliquus internus/externus abdominis (Kompression der Bauchhöhle und Absenkung der Rippen) Rectus abdominis (Kompression der Bauchhöhle und Absenkung des Brustbeins) Rückenmuskeln (bei forcierter Atmung) Latissimus dorsi (Kompression des unteren Bauchraums) Iliocostalis (hintere Rippenabsenkung) Serratus posterior inferior (Rippenabsenkung und Fixierung) Quadratus lumborum (Fixierung der untersten Rippe)

15 / 39 Literaturhinweis Atemhilfsmuskulatur Literaturhinweis zur Atemhilfsmuskulatur: Wängler, Hans-Heinrich: Physiologische Phonetik (Elwert, Marburg 1972) S. 39-51

16 / 39 Die untere Begrenzung durch das Zwerchfell I Zwerchfell - Von Altdt. zwerch quer und germ. fel Haut Nach unten ist der Thorax durch das Zwerchfell (Diaphragma) abgeschlossen Es ist am Schwertfortsatz des Sternums, den Rippen 7-12 und den Wirbeln 1-4 der Lendenwirbelsäule befestigt

17 / 39 Die untere Begrenzung durch das Zwerchfell II Das Zwerchfell besteht aus einer Zentralsehne und nach allen Seiten austrahlenden Muskelfasern Es ist neben den Musculi intercostales der zweite Hauptinspirator. Wie auf den folgenden Bildern gut zu erkennen ist, vergrößert bzw. verkleinert es das Volumen der Brusthöhle stark.

18 / 39 Zwerchfell entspannt

19 / 39 Zwerchfell Inspiration

20 / 39 Zwerchfell Expiration

Einleitung Thorax Rippen Atemhilfsmuskel Zwerchfell Lungen Details zur Atmung Zusammenfassende Beschreibung Felle Der Mensch hat zwei Lungen Die rechte Lunge wird durch tiefe Einschnitte in drei Lappen aufgeteilt, die Linke in zwei. Die rechte Lunge hat ein etwas gro ßeres Volumen Jede Lunge wird durch ein Lungenfell umschlossen Der Brustraum ist mit dem nicht ganz passend benannten Rippenfell (Bef. an Rippen, Zwerchfell, Trennwand (Mediastinum)) ausgekleidet. Dadurch ist der Brustraum luftdicht verschlossen 21 / 39

22 / 39 Pleuraspalt Zwischen diesen beiden Fellen befindet sich ein kleiner, flüssigkeitsgefüllter Spalt, der sog. Pleuraspalt Diese Flüssigkeit verhindert Reibung zwischen Brustkorb und Lungen bei den Atembewegungen Dehnt sich der Brustkorb aus, entsteht ein winziger Unterdruck in der Flüssigkeit, d.h. die Lunge hat Überdruck und dehnt sich aus, folgt also der Bewegung des Brustkorbs Umgekehrt gilt dies genauso

Einleitung Thorax Rippen Atemhilfsmuskel Zwerchfell Lungen Details zur Atmung Zusammenfassende Beschreibung Alveolen, Bronchien und Luftro hre I Die kleinen Luftro hrchen (Alveolen) vereinigen sich zu den Bronchien Auf Ho he der Brustwirbel 4 bis 5 vereinigen sich die Bronchien zur Luftro hre (Trachea), die durch den Kehlkopf (Larynx) abgeschlossen ist Bronchien und Luftro hre bestehen aus Knorpelspangen und Gewebe und sind innen mit Schleimhaut ausgekleidet Die 16-20 Knorpelspangen der Luftro hre sind U-fo rmig und gegen den Ru cken geo ffnet. Hinter der Trachea liegt die Speisero hre 23 / 39

Einleitung Thorax Rippen Atemhilfsmuskel Zwerchfell Lungen Details zur Atmung Zusammenfassende Beschreibung Alveolen, Bronchien und Luftro hre In den Alveolen findet der Gasaustausch statt, was sehr schnell gehen muss, weil die Atmung nur sehr kurz pausiert, wa hrend noch Luft nachstro mt Die Alveolen haben eine Oberfla che von etwa 100m2 24 / 39

25 / 39 Lungenvolumen Ruheatmung: Ein-/ausgeatmete Luft (Respirationsluft): 0,5l Inspiration: 1,5l Komplementärluft (Insp. Reservevolumen) Expiration: 1,5l Reserveluft (Expirat. Reservevolumen) Diese drei Mengen bezeichnet man als Vitalkapazität 1,5l Residualluft bleiben bis zum Tod ständig in der Lunge Totalkapazität: 4,5-6l, 8l können Sportler erreichen Die einzelnen Volumina sind vor allem alters-, größen- und geschlechtsabhängig

26 / 39 Lungenvolumen

27 / 39 Atmung - Auslöser Auslöser ist das Atemzentrum im verlängerten Rückenmark Atmung ist reflektorisch, also nicht willentlich steuerbar Das Atemzentrum verfügt über Sensoren für das Blut, und kontrolliert dann abhängig vom CO 2 -Gehalt die Atmung Wird das Atemzentrum beschädigt hört man auf zu atmen und stirb ohne künstliche Beatmung

28 / 39 Atmungsformen I Ruhige, stumme Atmung (respiratoria muta) Stumme Tiefatmung (respiratoria muta profunda) Unterschied zwischen diesen beiden vor allem in Frequenz und Ausdehnung, Verhältnis Ein-, Ausatmung bleibt gleich

29 / 39 r. muta

30 / 39 Atmungsformen II Phonationsatmung (respiratoria phonatoria) Gegenüber der r. muta deutlich längere Ausatemphase, verbunden mit schnellerer Einatmung Höratmung (respiratoria auditoris) Diese Atmung passt sich, sofern man zuhört, der Atmung des Sprechers an

31 / 39 r. phonatoria und r. auditoris

32 / 39 Atmungstypen I Thorakales/Kostales Atmungsverhalten Die Brustatmung (Thorakalatmung) wird auch als Rippenatmung (Kostalatmung) bezeichnet Einatmung wird durch Kontraktion der Zwischenrippenmuskeln geleistet, ihre Erschlaffung führt zur Ausatmung Abdominales Atmungsverhalten Die Abdominalatmung (Bauchatmung) wird auch als Zwerchfellatmung (Diaphragmalatmung) bezeichnet Einatmung wird durch Kontraktion des Zwerchfells geleistet, Ausatmung erfolgt durch die Anspannung der Bauchmuskeln

Atmungstypen II Kostoabdominale Atmung Die kostoabdominale Atmung ist die normale, ruhige Atmungsform. Sie ist eine Mischform aus thorakalem/kostalem und abdominalem Atmungsverhalten Die Einatmung erfolgt über Zwerchfell und die m. costales, Ausatmung erfolgt durch die Rückstellkräfte der Lunge und m. costales interni Dabei erweitert sich der Brustkorb vorwiegend horizontal mit einem caudalen Zentrum, was den Umfang angeht Oft wird von falschen Atemtypen gesprochen was aber nicht sinnvoll ist, da bei unterschiedlicher Haltung, Stimmung, Situation völlig unterschiedlich geatmet wird richtig physiologisch besser, Verhältnis Aufwand/Nutzeffekt besser Auch andersartige Abläufe sind richtig, solange das Nutzverhältnis nicht zu stark gestört wird Fehl- und Überspannungen sind schlecht, vor allem bei r. phonatoria 33 / 39

34 / 39 Expirationsdauer Ein Erwachsener atmet bei r. muta etwa 16-20x in der Minute ein und aus Der einzelne Vorgang dauert folglich ca. 60s/16 3,5s Die Expiration dauert dabei ca. 1,1-1,2-fach so lange wie die Inspiration Grund ist der passivere Charakter der Expiration über elastische Rückstellkräfte und die Schwerkraft Bei der Redeatmung kann es wie beschrieben zu Schnappatmung kommen, ein Dauerverhältnis von 1:7 für Ein- und Ausatmung wird angegeben

Inspiration 1 Zwerchfell wird von seinen Muskeln heruntergezogen 2 Eingeweide werden nach außen gedrückt, Spannung in der Bauchdecke entsteht 3 Die Zwischenrippenmuskeln ziehen sich zusammen und sorgen ggf. mit den Atemhilfsmuskeln für eine Weitung des Brustraumes 4 Das Ausschwenken erfolgt im oberen Teil des Brustkorbes mehr nach vorn, unten mehr zu den Seiten hin 5 Das vergrößerte Volumen des Brustraumes, dem die Lungen passiv gefolgt sind, sorgt für einen athmosphärischen Überdruck, der die Luft von außen ins Atemsystem drückt 6 Über Nase/Mund strömt die Luft durch den Schlund über die Luftröhre und Bronchien in die Alveolen, wo der Gasaustausch stattfindet 35 / 39

36 / 39 Expiration 1 Die Zwerchfellmuskeln entspannen sich wieder 2 Die Organe im Brustraum ziehen das Zwerchfell nach oben, die Spannung der Bauchdecke drückt es nach oben 3 Bei schneller Ausatmung können die Bauchdeckenmuskeln die Spannung stark erhöhen 4 Die Schwerkraft hilft den Rippen sich wieder zu senken 5 Das Brustraumvolumen verkleinert sich und die Lunge macht diese Bewegung wiederum mit 6 Der Überdruck der in der Lunge entsteht entweicht auf dem umgekehrten Wege wie bei der Inspiration 7 Der Vorgang beginnt von vorn

37 / 39 Quellen Wängler, Hans-Heinrich: Physiologische Phonetik (Elwert, Marburg 1972) Pétturson, Magnús: Elementarbuch der Phonetik (Buske, Hamburg 2002) Essen, Otto von : Allgemeine und angewandte Phonetik (Akad.-Verl., Berlin 1979 ) Schmidt + Thews: Physiologie des Menschen (Springer, Berlin 1980) Sobotta/Bechner: Atlas der Anatomie des Menschen (Urban + Schwarzenberg, München 1972) http://education.yahoo.com/reference/gray/ (abgerufen am 05.11.2007)

38 / 39 Fragen Bestehen noch Fragen?

39 / 39 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Dieser Vortrag ist ab Freitag online abrufbar unter http://roland-ramthun.de/uni/phonetik/07112007-atmung.pdf