13.3 : Atmung und Gasaustausch

Das komplexe Zusammenspiel zwischen dem Herz-Kreislauf-System und dem Atmungssystem ist entscheidend für den effizienten Transport von Atemgasen durch den Körper. Lassen Sie uns die vielfältigen Funktionen des Herz-Kreislauf-Systems untersuchen und seine zentrale Rolle beim Gasaustausch hervorheben.

Bei der Atmung kommt es zum Austausch von Gasen, insbesondere Sauerstoff (O_2) und Kohlendioxid (CO_2), zwischen den Alveolen und Körperzellen, ein Prozess, der durch die Blutzirkulation erleichtert wird. Daher ist das Herz-Kreislauf-System, zu dem das Herz und die Blutgefäße gehören, für einen effizienten Gasaustausch unerlässlich. Beginnen wir mit der Untersuchung der Anatomie des Herzens.

Das Herz, eine kegelförmige Muskelpumpe, ist das zentrale Organ des Herz-Kreislauf-Systems. Es hat vier Hohlkammern: zwei Vorhöfe oben und zwei Ventrikel unten. Die Vorhöfe (Singular: Atrium) sind die Einlässe, die Blut aus den Venen aufnehmen, nämlich der oberen und unteren Hohlvene sowie der linken und rechten Lungenvene. Die Ventrikel sind die Auslässe, die sauerstoffreiches Blut kraftvoll durch die Arterien pumpen, einschließlich der Lungenarterien und der Aorta. Diese Arterien versorgen den Körper mit sauerstoffreichem Blut und transportieren sauerstoffarmes Blut zur Sauerstoffversorgung in die Lunge.

Die einzigartige Struktur des Herzens mit Einwegklappen an den Eingängen (Trikuspidal und Mitral) und Ausgängen (Lunge und Aorta) jedes Ventrikels sorgt dafür, dass das Blut in die richtige Richtung fließt, wodurch ein Rückfluss verhindert und die Effizienz des Systems aufrechterhalten wird.

Das ausgedehnte Blutgefäßnetz bildet einen geschlossenen Kreislauf und erleichtert den Bluttransport zwischen Herz und Körperzellen. Arterien und Arteriolen transportieren Blut vom Herzen weg und leiten es zu den Kapillaren, während Venolen und Venen das Blut in die Vorhöfe zurückführen.

Kapillaren, die kleinsten Blutgefäße, sind für den Stoffaustausch zwischen Blut und Körperzellen von entscheidender Bedeutung. In der Lunge wandert sauerstoffarmes Blut – arm an Sauerstoff und reich an Kohlendioxid – von der rechten Seite des Herzens zur Lunge. Hier, in den Alveolen, diffundiert O_2 aus der eingeatmeten Luft in das Blut, während CO_2, ein Abfallprodukt, aus dem Blut in die Alveolen diffundiert, um ausgeatmet zu werden. Die Alveolen sind mit einer dünnen Schicht Tensidflüssigkeit ausgekleidet, ohne die die Alveolen kollabieren würden. Das von den Alveolarzellen produzierte Tensid verringert die Oberflächenspannung der Flüssigkeit, verhindert so das Kollabieren der Alveolen und erleichtert den Gasaustausch. Nachdem es Sauerstoff aufgenommen und Kohlendioxid abgegeben hat, kehrt das sauerstoffreiche Blut zur linken Seite des Herzens zurück. Dieses sauerstoffreiche Blut, das jetzt wenig Kohlendioxid enthält, zirkuliert durch den Körper und versorgt verschiedene Gewebe mit Sauerstoff.

Um den Sauerstofftransport zu verstehen, muss man auch die Rolle von Plasma und roten Blutkörperchen (Erythrozyten) kennen. Während sich eine kleine Menge Sauerstoff im Plasma löst, wird der größte Teil aufgrund der hohen Affinität von Hämoglobin zu Sauerstoff in Form von Oxyhämoglobin an Hämoglobin in roten Blutkörperchen gebunden. Hämoglobin transportiert auch Kohlendioxid, hauptsächlich in Form von Carboxyhämoglobin.

Bei der inneren Atmung werden Sauerstoff [O_2] und Kohlendioxid [CO_2] zwischen Gewebezellen und Blut ausgetauscht. Jegliche Anomalien in der Blutzusammensetzung können diesen Prozess erheblich beeinträchtigen. Beispielsweise verringert eine Blutung, die durch übermäßige Blutung gekennzeichnet ist, die Herzleistung und verringert die Verfügbarkeit von Blut für die Sauerstoffversorgung. Dies kann zu einer Gewebehypoxie führen, einem Zustand, bei dem das Körpergewebe nicht genügend Sauerstoff erhält. Anämie, eine weitere Erkrankung, ist durch eine Verminderung der Erythrozyten gekennzeichnet, was zu einem Mangel an Hämoglobin für den Sauerstofftransport und einer unzureichenden Sauerstoffversorgung des Gewebes führt. Andererseits verbessert regelmäßige Bewegung die Leistungsfähigkeit der Herzmuskulatur und erhöht die Menge an Sauerstoff, die an das Gewebe abgegeben wird. Auch andere Erkrankungen wie Atemwegserkrankungen oder Höhenlagen können den Gasaustausch beeinträchtigen, was das empfindliche Gleichgewicht verdeutlicht, das für die Aufrechterhaltung der Homöostase erforderlich ist.