Die Mechanik der Atmung: Wie Luft in die Lunge ein- und ausströmt

Atmung (pulmonale Ventilation) ist eine mechanische Pumpe, angetrieben durch Druckgradienten, die durch Änderung des Thoraxvolumens entstehen.

1. Inspiration (Aktiver Prozess)

• Zwerchfell kontrahiert → flacht ab, senkt sich ~1,5 cm → ↑ vertikale Thoraxdimension (~75% der Volumenänderung).
• Äußere Interkostalmuskeln kontrahieren → Rippen heben sich (Eimerhenkel) und Brustbein hebt (Pumpenhenkel) → ↑ anteroposteriorer & lateraler Durchmesser.
• Hilfsmuskulatur (falls nötig): Scaleni, SCM, Musculus pectoralis minor.
• Thoraxvolumen ↑ → Intrapulmonaler Druck ↓ (auf ~ -1 bis -3 cmH₂O unter Atmosphärendruck).
• Luft strömt ein: Nase/Mund → Pharynx → Kehlkopf → Luftröhre → Bronchien → Bronchiolen → Alveolen (Gasaustausch-Einheiten).

2. Alveoläre Expansion & Gasaustausch

• Alveolen expandieren; Surfactant (DPPC) reduziert Oberflächenspannung, verhindert Kollaps (Laplace'sches Gesetz).
• O₂ diffundiert über die Alveolärkapillarenmembran → bindet Hämoglobin.
• CO₂ diffundiert Blut → Alveolen.

3. Expiration (Passiv in Ruhe)

• Zwerchfell & äußere Interkostalmuskeln entspannen.
• Elastischer Rückzug von Lunge/Brustkorb → Volumen ↓ → Druck ↑ (>atmosphärisch).
• Luft strömt auf demselben Weg aus.

Forcierte Expiration (Belastung, Krankheit) rekrutiert innere Interkostalmuskeln & Bauchmuskeln (Rectus abdominis, Obliques), um aktiv den Bauch zu komprimieren und die Rippen nach unten zu ziehen.

4. Der Zyklus wiederholt sich

~12–20 Atemzüge/Min in Ruhe; Tidalvolumen ~500 mL. Kontinuierliche O₂-Versorgung/CO₂-Entfernung für die Zellatmung.

Klinische Korrelate

• Obstruktive Erkrankung (Asthma, COPD): ↑ Resistenz → verlängerte Expiration, Luftfalle, dynamische Hyperinflation.
• Restriktive Erkrankung (Fibrose, neuromuskulär): ↓ Compliance → flache, schnelle Atmung, erhöhte Arbeit.
• Zwerchfelllähmung: Paradoxale Bauchbewegung (einwärts bei Inspiration).

Atmung ist eine wunderschön orchestrierte mechanische Pumpe, die jede Zelle erhält.