Atemregulation

Aufgaben der Atemregulation: In Ruhe und Belastung ist die Ventilationsgrössen der jeweiligen Stoffwechselsituation optimal anzupassen. Dabei sind die Regelgrössen O2- Partialdruck, CO2- Partialdruck und pH- Wert des arteriellen Blutes auf vorgegebene Werte zu halten. Atemtiefe und Atemfrequenz sind so aufeinander abzustimmen, dass die Atmungsarbeit unter möglichen ökonomischen Bedingungen erfolgt Modifikation des Atmungsrhythmus durch Sprechen, Schlucken… dürfen die Regelgrössen nicht stark beeinflussen.

Zentrale Atmungssteuerung (Medulla oblongata, Brücke, oberes Halsmark): Die Atmungsbewegung von Thorax und Zwerchfell werden durch die rhythmische Tätigkeit spezieller Neurone in der Medulla oblongata, in der Brücke und im oberen Halsmark gesteuert. Obwohl die rhythmische Bildung der Nervenimpulse autonom abläuft, wird sie dennoch durch periphere Einflüsse ständig an die Bedürfnisse des Organismus angepasst. Die Neuronen in der Medulla oblongata lassen sich gebietsmässig unterteilen in Areale, in denen bestimmte Neuronen bei der Inspirationsphase andere in der Exspirationsphase aktiv sind.

Mechanische- reflektorische Kontrolle der Atmung: = Hering- Breuer- Reflex oder Lungendehnungsreflex Der zentrale Atmungsrhythmus wird zusätzlich durch periphere Einflüsse stabilisiert. Bei einer Blähung der Lunge wird die Inspiration reflektorisch gehemmt und damit die Exspiration ausgelöst. Auch die Ausatmung leitet eine verstärkte Inspiration ein. Diese mechanischen Dehnungsreize werden von Dehnungsrezeptoren des Lungenparenchyms aufgenommen und über den Nervus vagus in Form von Nervenimpulsen dem Atemzentrum zugeführt. Dies bewirkt dann eine entsprechende Gegenbewegung der Atemmuskulatur. Die physiologische Bedeutung besteht darin, dass so die Amplitude der Atmungsexkursionen begrenzt wird. Damit wird die Atemtiefe den jeweiligen Bedingungen ökonomisch angepasst. Auch eine Überdehnung der Lunge wird vermieden. Neben den Dehnungsrezeptoren der Lunge können auch noch Mechanorezeptoren (Muskelspindel) der Interkostalmuskulatur in die Feinregulierung des Atmungsablaufes eingreifen.

Chemische Kontrolle der Atmung: Diese Atemregulation steht im Dienst der Homöostase und sichert die Anpassung der Atmung an die Stoffwechselleistung. Die hier wichtigen Regelgrössen sind der CO2- Partialdruck, der pH- Wert und der O2- Partialdruck im arteriellen Blut.

Blutgas und pH- Wirkung.: - Erhöhung des arteriellen CO2 - Partialdrucks: Steigerung des Atemzeitvolumens - Absinken des arteriellen pH- Wertes unter 7,4: Hyperventilation - Ansteigen des arteriellen pH- Wertes über normal: geringe Hypoventilation - Abnahme des O2- Partialdrucks (Hypoxie): mässige Steigerung der Ventilation

Periphere Chemorezeptoren: Die Vermittlung der Blutgas- und pH- Werte erfolgen über diese Rezeptoren. Diese befinden sich in bestimmten Paraganglien, d.h. Zellansammlungen, die aus dem Parasympathicus hervorgegangen sind und von denen aus Nervenimpulse zum Zentrum geleitet werden.

Vorkommen der Paraganglien: - Beidseitig an der Teilungsstelle der Aorta carotis (Halsschlagader) liegt der Glomus caroticum - in unmittlebarer Nähe des Aortenbogens

Die Chemorezeptoren antworten mit einer Zunahme ihrer Aktivität, wenn der O2- Partialdruck abnimmt, der CO2- Partialdruck zunimmt oder die H+- Konzentration ansteigt. Die O2- Wirkung kommt ausschliesslich über die Chemorezeptoren zustande. Dagegen wird der Atmungsantrieb durch CO2 und H+ nur zu einem kleinen Teil über die peripheren Chemorezeptoren vermittelt.

Zentrale Chemosensibilität: Co2 und H+ wirken auf chemosensible Strukturen im Hirnstamm ein. H+ Empfindliche Felder konnten an der vorderen Oberfläche der Medulla oblongata in der Nähe der Wurzeln des Nervus vagus und des Nervus hypoglossus nachgewiesen werden.

Chemische Atmungsregulation: Die Regelgrössen (PO2, PCO2, und pH) werden über periphere Chemorezeptoren Bzw. von zentralen chemosensiblen Strukturen wahrgenommen. Weicht der Istwert von dem Sollwert ab, wird das Atemzentrum zu einer Änderung der Aktivität veranlasst. Diese Änderung erfolgt über dem Nervenwege, wodurch dann eine modifizierte Tätigkeit der Atemmuskulatur hervorgerufen wird. So werden die Istwerte dem Sollwert wieder angeglichen. Auch hier ist der arterielle CO2- Partialdruck die führende Regelgrösse.

Atmungsantrieb bei Muskelarbeit Die Ventilationssteigerung bei Muskelarbeit erfolgt über eine zentrale Mitinnervation der motorischen Zentren und nicht nur über chemische Atmungsantriebe. Während der Arbeit sind zusätzlich noch nervale Rückmeldungen von der arbeitenden Muskulatur und bewegten Gelenke atmungswirksam.

Unspezifische Atmungsantriebe Unspezifische Reize können die Atmung beeinflussen. Hierzu gehört Schmerz, Temperatur, arterielle Druckreize, die über die Pressorezeptoren nicht nur auf die Kreislauf-, sondern auch auf die Atmungszentren einwirken. Auch Hormone stellen einen Antrieb für die Atmung dar. Zum Beispiel: Atmungssteigerung durch Adrenalin.