Respirationsphysiologie: Mechanismen der Ein- und Ausatmung und Atemkontrolle

Einatmung (Inspiration) — Aktiver Prozess

• Zwerchfell kontrahiert → flacht sich → ↑ Thoraxvolumen (vertikal).
• Äußere Rippenmuskeln kontrahieren → Rippen heben sich → ↑ Thoraxvolumen (anteroposterior + lateral).
• Intrapleuraldruck wird negativer (–5 bis –8 cmH₂O).
• Alveolardruck < atmosfärischer Druck → Luft strömt ein.

Ausatmung (Expiration) — Passiv in Ruhe

• Zwerchfell entspannt sich → wölbt sich nach oben.
• Äußere Rippenmuskeln entspannen sich; elastischer Rückzug von Lunge/Brustkorb ↓ Volumen.
• Intrapleuraldruck kehrt zum Ausgangswert zurück.
• Alveolardruck > atmosfärischer Druck → Luft strömt aus.

Erzwungene Ausatmung (Sport, Krankheit)

• Interne Rippenmuskeln + Bauchmuskeln (Rectus abdominis, Obliqus) kontrahieren → weitere ↓ Thoraxvolumen.
• Aktiver Prozess; erzeugt positiven Pleuradruck.

Kontrolle der Atmung

• Medulläre Zentren: Dorsale Atemgruppe (inspiratorisch), ventrale Atemgruppe (exspiratorisch).
• Brücke (Pons): Pneumotaktisch (begrenzt Inspiration), apneustisch (verlängert Inspiration).
• Chemorezeptoren: Zentral (Medulla, pH/CO₂), peripher (Karotis-/Aortakörper, PaO₂, pH, PaCO₂).
• ↑ PaCO₂ / ↓ pH → ↑ Beatmung; ↓ PaO₂ (<60 mmHg) → ↑ Beatmung (peripher).

Klinische Relevanz

• Arbeit des Atems erhöht bei Obstruktion (Asthma, COPD), Restriktion (Fibrose, Adipositas), neuromuskulärer Erkrankung.
• Auto-PEEP (dynamische Hyperinflation) bei schwerer Atemwegsobstruktion.
• Beatmungsstrategien zielen auf lungenschonende Volumina/Drücke ab.