Atemmaterialien umfassen anatomische Strukturen, molekulare Maschinerie und Regulierungssysteme, die Gasaustausch und zelluläre Atmung über Organismen hinweg ermöglichen.
1. Atemoberflächen (Gasaustausch)
- Säugetiere: Alveolen (Typ-I-Pneumozyten) – dünn, riesige Oberfläche (~70 m²), dichtes Kapillarenetz, Surfactant.
- Fische: Kiemen – Gegenstromaustausch, Filamente/Lamellen.
- Insekten: Tracheen – luftgefüllte Röhren, liefern O₂ direkt an Gewebe.
- Amphibien: Haut (kutane), Lungen, Buccalhöhle.
- Pflanzen: Spaltöffnungen, Lentizellen.
Universelle Merkmale: Dünn (<1 µm), feucht, stark vaskularisiert/perfundiert.
2. Atemfarbstoffe (O₂-Transport)
- Hämoglobin (Hb): Tetramer (α₂β₂), Häm-Fe²⁺ bindet 4 O₂. Kooperative Bindung (sigmoidale Kurve). Wirbeltiere, einige Wirbellose.
- Myoglobin: Monomer, höhere O₂-Affinität. Muskel-O₂-Reserve.
- Hämocyanin: Cu²⁺-basiert, blau wenn oxygeniert. Weichtiere, Gliederfüßer.
- Hämerythrin, Chlorocruorin: Andere wirbellose Pigmente.
3. Atemenzyme (zelluläre Atmung)
- Glykolyse: Hexokinase, PFK-1, Pyruvatkinase.
- Pyruvatdehydrogenase-Komplex: Verknüpft Glykolyse → Zitratzyklus.
- Zitratzyklus: Citratsynthase, Isocitratdehydrogenase, α-KGDH, Malatedehydrogenase.
- ETC / Oxidative Phosphorylierung: Komplex I–IV (Cytochrom-c-Oxidase = Komplex IV), ATP-Synthase (Komplex V).
- Laktatedehydrogenase (LDH): Anaerobes Pyruvat → Laktat (NAD⁺-Regeneration).
4. Atemmuskulatur (Beatmung)
- Primär: Zwerchfell (75 % Tidalvolumen), äußere Rippenmuskeln.
- Zugangsmuskulatur (Inspiration): Skalenen, Sternocleidomastoideus, Pectoralis minor, Serratus anterior.
- Expiration (erzwungen): Innere Rippenmuskeln, Bauchmuskeln (Rectus, Obliquus, Transversus).
5. Atemwege (leitende + respiratorische Zonen)
Nase → Pharynx → Kehlkopf → Luftröhre → Bronchi → Bronchiolen → terminale Bronchiolen (Ende leitend) → respiratorische Bronchiolen → Alveolarduktus → Alveolen.
6. Atemkontrollzentren
- Medulla: Dorsale Atemgruppe (inspiratorisch), ventrale Atemgruppe (expiratorisch/erzwungene Inspiration).
- Varolii-Brücke: Pneumotaxik (begrenzt Inspiration), Apneustik (fördert Inspiration).
- Chemorezeptoren: Zentral (Medulla, pH/CO₂), Peripher (Karotis/Aortenkörper, PO₂/pH/CO₂).
7. Atemmodulatoren
- Stimulanzien: Koffein (Adenosin-Antagonist), Nikotin (nAChR), Amphetamine, Progesteron, Hypoxie.
- Depressiva: Opioide (μ-Rezeptor → ↓ CO₂-Empfindlichkeit), Benzodiazepine, Alkohol, Barbiturate, Anästhetika.
Dieses integrierte System erhält das aerobe Leben vom Molekül bis zum Organismus.
