Biomechanik der Atmung: Muskeln, Mechanik und Gasaustausch

Die Atmung (Ventilation) wird durch Druckgradienten angetrieben, die von den Atemmuskeln erzeugt werden.

Inspiration (aktiver Prozess)

• Zwerchfell: Kontrahiert und flacht ab, erhöht das vertikale Thoraxvolumen (macht ~75 % des Tidalvolumens in Ruhe aus).
• Äußere Interkostalmuskeln: Heben die Rippen, erweitern die anteroposterioren und lateralen Dimensionen (Eimergriff- und Pumpengriff-Bewegungen).
• Zugmuskeln (bei Bedarf): Scaleni, Sternocleidomastoid, Pectoralis minor – erweitern den oberen Brustkorb.
• Der intrapleurale Druck wird negativer (−5 bis −8 cmH₂O), Luft strömt ein.

Exspiration (in Ruhe passiv)

• Zwerchfell und äußere Interkostalmuskeln entspannen; elastischer Rückzug von Lunge und Brustkorb bringt den intrapleuralen Druck zurück auf null, Luft strömt aus.
• Aktive Exspiration (während Sport oder Krankheit): Innere Interkostalmuskeln und Bauchmuskeln (Rectus abdominis, Obliquus) verringern kräftig das Thoraxvolumen.

Gasaustausch

• An der alveolär-kapillaren Membran: O₂ diffundiert ins Blut (erhöht PO₂), CO₂ diffundiert aus (senkt PCO₂).
• Perfusionsangepasste Ventilation (V/Q-Verhältnis) optimiert den Austausch.

Kontrolle: Medulläre Zentren (preBötzinger-Komplex, VRG) und pontine Zentren; moduliert durch zentrale Chemorezeptoren (CO₂/pH), periphere Chemorezeptoren (O₂, CO₂, pH) und Mechanorezeptoren.