Atmungssystem (Respiratory System)

Überblick

Wie gelangt Sauerstoff aus der Luft in jede einzelne Zelle unseres Körpers? Und wie wird das Abfallprodukt Kohlendioxid wieder los? Diese fundamentalen Fragen beantwortet das Atmungssystem (respiratory system). In dieser Einheit erkunden wir, wie verschiedene Lebewesen – vom flachen Wurm über Insekten und Fische bis zum Menschen – den Gasaustausch bewerkstelligen. Wir betrachten die Anatomie der menschlichen Atemwege, die Physik hinter der Atmung (Boyle’s Law), messbare Lungenvolumina, den Sauerstofftransport durch Hämoglobin (hemoglobin) und häufige Lungenerkrankungen. Das Ziel: ein vollständiges Verständnis davon, wie Sauerstoff in den Körper kommt und Kohlendioxid ihn verlässt.

Direkte Diffusion (Direct Diffusion)

Warum können winzige, flache Tiere wie Plattwürmer ohne Lungen oder Kiemen überleben? Die Antwort liegt in der direkten Diffusion (direct diffusion).

Diffusion (diffusion) ist die Bewegung von Molekülen von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedriger Konzentration – quasi ein natürlicher Ausgleichsprozess. Bei einem Plattwurm ist der Körper so flach und dünn, dass jedes Körperzelle nahe genug an der Außenoberfläche liegt. Sauerstoff aus dem Wasser diffundiert direkt durch die äußere Membran ins Körperinnere, während Kohlendioxid in die entgegengesetzte Richtung diffundiert.

Dieses Prinzip funktioniert nur bei sehr kleinen oder flachen Organismen. Sobald ein Körper dicker wird, reicht Diffusion allein nicht mehr aus – dann sind spezialisierte Transportsysteme nötig.

Tracheensystem (Tracheal System) bei Insekten

Insekten haben ein bemerkenswertes Problem: Ihr Kreislaufsystem (circulatory system) transportiert keinen Sauerstoff. Wie versorgen sie dann ihre Zellen? Die Lösung ist das Tracheensystem (tracheal system) – ein eigenständiges Röhrennetzwerk, das Sauerstoff direkt zu den Geweben bringt.

Die Luft tritt durch kleine Öffnungen in der Körperwand ein, die Spirakel (spiracles) genannt werden. Von dort aus verzweigen sich die luftgefüllten Röhren (Tracheen) in immer feinere Äste, die bis zu den einzelnen Muskeln und Organen reichen. Weil die Röhren direkt mit der Außenluft verbunden sind, gelangt Sauerstoff ohne Umweg über das Blut dorthin, wo er gebraucht wird. Dieses System ist extrem effizient für kleine Körper – aber es setzt der Körpergröße von Insekten eine Grenze.

Haut und Kiemen (Skin and Gills) bei Fischen

Fische leben im Wasser, das viel weniger Sauerstoff enthält als Luft. Wie extrahieren sie genug davon? Die Antwort: Kiemen (gills) – hochspezialisierte Organe mit einer riesigen Oberfläche.

Die Anatomie einer Kieme ist hierarchisch aufgebaut:

• Kiemenbogen (gill arch): Die knöcherne Stütze, an der alles befestigt ist.

• Kiemenfilamente (gill filaments): Vom Bogen abstehende, fadenartige Strukturen.

• Lamellen (lamella): Winzige, blattartige Falten auf den Filamenten, die die Oberfläche enorm vergrößern.

Das entscheidende Prinzip ist der Gegenstromaustausch (countercurrent exchange): Wasser fließt über die Lamellen in eine Richtung, während das Blut in die entgegengesetzte Richtung strömt. Dadurch bleibt über die gesamte Austauschstrecke ein Konzentrationsgefälle erhalten, und es kann viel mehr Sauerstoff aufgenommen werden, als wenn beide in dieselbe Richtung flössen.

Das Säugetier-Atmungssystem (Mammalian Respiratory System)

Beim Menschen und anderen Säugetieren ist das Atmungssystem ein hochorganisierter, verzweigter Schlauch, der die Luft von außen bis in mikroskopisch kleine Bläschen in der Lunge leitet.

Der Weg der Luft:

1. Nasenhöhle (nasal cavity): Luft wird hier angewärmt, befeuchtet und gefiltert.

2. Rachen (pharynx): Gemeinsamer Durchgang für Luft und Nahrung.

3. Kehlkopf (larynx): Enthält die Stimmbänder; schützt die unteren Atemwege.

4. Luftröhre (trachea): Der Hauptschlauch, der in den Brustkorb führt.

5. Bronchien (bronchi): Die Luftröhre teilt sich in einen linken und rechten Hauptbronchus (primary bronchus), die sich weiter in Sekundärbronchien (secondary bronchus) und Tertiärbronchien (tertiary bronchus) aufzweigen.

6. Bronchiolen (bronchiole): Noch feinere Verzweigungen ohne Knorpel in der Wand.

7. Alveolargang (alveolar duct) und Alveolarsack (alveolar sac): Die Endstationen der Atemwege.

Die Lungenbläschen (alveoli) sind die eigentlichen Orte des Gasaustauschs. Jedes Alveolus ist von einem Netz aus Kapillaren (capillaries) umgeben. Die Lungenarterie (pulmonary artery) bringt sauerstoffarmes Blut zu den Alveolen, und die Lungenvene (pulmonary vein) transportiert das nun sauerstoffreiche Blut zurück zum Herzen. Das Zwerchfell (diaphragm) ist der wichtigste Atemmuskel unterhalb der Lunge.

Luftröhre und Bronchien (Trachea and Bronchi)

Die Luftröhre (trachea) und die Bronchien bilden zusammen den Tracheobronchialbaum (tracheobronchial tree) – eine baumartige Verzweigung, die die Luft gleichmäßig in beide Lungenflügel verteilt.

Die Luft tritt durch die Nasenhöhle und den Rachen ein, passiert den Kehlkopf und gelangt in die Luftröhre. Diese teilt sich in die beiden Hauptbronchien (primary bronchi), die jeweils in einen Lungenflügel führen. Innerhalb der Lunge verzweigen sich die Bronchien weiter in Sekundär- und Tertiärbronchien und schließlich in die feinen Bronchiolen. Diese hierarchische Struktur sorgt dafür, dass die Luft auf viele kleine Wege verteilt wird, bevor sie die Alveolen erreicht.

Die Lungen (Lungs)

Die Lungen sind die beiden großen, schwammartigen Organe, die den Brustkorb ausfüllen. Sie sind nicht symmetrisch.

Die rechte Lunge (right lung) ist größer und besteht aus drei Lappen (Lappen, lobes): Oberlappen (upper lobe), Mittellappen (middle lobe) und Unterlappen (lower lobe). Die linke Lunge (left lung) ist kleiner und hat nur zwei Lappen: Ober- und Unterlappen. Der Grund: Das Herz liegt auf der linken Seite und nimmt Platz weg – daher die berühmte Frage aus der Praxis: „Warum ist die linke Lunge kleiner als die rechte?“ Die Antwort: Platz für das Herz.

Die Alveolen (Alveoli)

Die Alveolen sind das Herzstück des Gasaustauschs. Ein Alveolarsack (alveolar sac) ist eine traubenartige Ansammlung vieler einzelner Alveolen (alveoli), die über einen Alveolargang (alveolar duct) mit dem Bronchiolus respiratorius (respiratory bronchiole) verbunden sind.

Jede Alveole ist von einem dichten Netz aus Kapillaren umgeben. Die Wand zwischen Alveole und Kapillare ist extrem dünn – nur eine Zellschicht dick. Hier geschieht der Austausch: Sauerstoff (O₂) diffundiert aus der Alveole ins Blut, Kohlendioxid (CO₂) diffundiert aus dem Blut in die Alveole und wird ausgeatmet. Die riesige Gesamtoberfläche aller Alveolen (etwa 70–100 m² beim Menschen) macht diesen Austausch extrem effizient.

Schutzmechanismen (Protective Mechanisms)

Die Atemwege sind ständig Staub, Pollen, Bakterien und anderen Partikeln ausgesetzt. Wie schützt sich der Körper?

Die Bronchien und Bronchiolen enthalten Flimmerhärchen (cilia) – mikroskopisch kleine, haarähnliche Fortsätze auf der Oberfläche der Atemwegsschleimhaut. Diese Cilia schlagen rhythmisch und bewegen eine Schleimschicht (mucus) samt eingefangener Partikel nach oben in Richtung Rachen. Dort wird der Schleim entweder verschluckt oder abgehustet. Dieser „mukoziliäre Transport“ ist eine der wichtigsten Verteidigungslinien der Lunge.

Lungenkapazität (Lung Capacity)

Die Lunge kann ein großes Luftvolumen aufnehmen, wird aber im Normalzustand nie vollständig gefüllt oder entleert. Um die Lungenfunktion zu messen, definiert man verschiedene Volumina und Kapazitäten.

Die vier grundlegenden Lungenvolumina (lung volumes) sind:

• Atemzugvolumen (tidal volume, TV): Die Luftmenge, die bei einem normalen Atemzug ein- und ausgeatmet wird (ca. 0,5 Liter).

• Exspiratorisches Reservevolumen (expiratory reserve volume, ERV): Die Luftmenge, die nach einer normalen Ausatmung noch zusätzlich ausgeatmet werden kann (ca. 1,2 Liter).

• Inspiratorisches Reservevolumen (inspiratory reserve volume, IRV): Die Luftmenge, die nach einer normalen Einatmung noch zusätzlich eingeatmet werden kann (ca. 3,1 Liter).

• Residualvolumen (residual volume, RV): Die Luft, die selbst nach einer forcierten Ausatmung in der Lunge verbleibt (ca. 1,2 Liter). Dieses Volumen kann nie ausgeatmet werden – es verhindert, dass die Lungen kollabieren.

Die totale Lungenkapazität (total lung capacity, TLC) ist die Summe aller vier Volumina: TLC = RV + ERV + TV + IRV = 1,2 + 1,2 + 0,5 + 3,1 = 6,0 Liter.

Lungenvolumina und -kapazitäten (Lung Volumes and Capacities)

Aus den vier Grundvolumina werden durch Addition verschiedene Kapazitäten (capacities) gebildet – das sind Kombinationen von zwei oder mehr Volumina.

Die Vitalkapazität (VC) ist ein wichtiger klinischer Wert: Sie misst, wie viel Luft die Lunge maximal bewegen kann. Die funktionelle Residualkapazität (FRC) ist das Volumen, bei dem die Lunge nach einer normalen Ausatmung im Gleichgewicht ist – die Einwärtskraft der Lunge und die Auswärtskraft des Brustkorbs heben sich auf.

Gleichungen für den Gasaustausch (Equations for Gas Exchange)

Wie berechnet man, wie viel Sauerstoff in der eingeatmeten Luft tatsächlich vorhanden ist? Hier hilft das Konzept des Partialdrucks (partial pressure) .

Der Atmosphärendruck (atmospheric pressure, Patm) auf Meereshöhe beträgt 760 mm Hg. Die Luft besteht aus einem Gemisch von Gasen, und jedes Gas trägt einen Anteil zum Gesamtdruck bei. Der Partialdruck eines Gases ist:

Die Summe aller Partialdrücke ergibt den Atmosphärendruck:

Zum Beispiel: Da Sauerstoff etwa 21 % der Luft ausmacht, beträgt sein Partialdruck $P_{O_2}=760\times 0,21\approx 160\text{ mm Hg}$.

Dieses Diagramm zeigt die Partialdrücke an verschiedenen Stationen:

• In der Umgebungsluft (ambient air): $P_{O_2}=160$ mm Hg, $P_{C{O}_2}=0,2$ mm Hg

• Im venösen Blut (venous blood), das zur Lunge kommt: $P_{O_2}=40$ mm Hg, $P_{C{O}_2}=46$ mm Hg

• Im arteriellen Blut (arterial blood), das die Lunge verlässt: $P_{O_2}=100$ mm Hg, $P_{C{O}_2}=40$ mm Hg

Der große Unterschied zwischen $P_{O_2}$ in der Luft (160) und im venösen Blut (40) treibt die Diffusion von Sauerstoff in die Lungenkapillaren an.

Boyle’s Gesetz (Boyle’s Law)

Wie funktioniert die mechanische Belüftung der Lunge? Die Antwort liefert ein fundamentales physikalisches Gesetz.

Boyle’s Law besagt: In einem geschlossenen Raum sind Druck und Volumen umgekehrt proportional (inversely related). Wenn das Volumen kleiner wird, steigt der Druck, und umgekehrt.

Die Kurve im Diagramm zeigt diesen Zusammenhang: Bei kleinem Volumen ist der Druck hoch, bei großem Volumen ist der Druck niedrig. Genau dieses Prinzip nutzt die Atmung:

• Einatmung (inhalation): Das Zwerchfell zieht sich zusammen und bewegt sich nach unten, der Brustkorb hebt sich. Das Volumen des Brustraums (thoracic cavity) vergrößert sich → der Druck im Brustraum sinkt unter den Atmosphärendruck → Luft strömt in die Lunge.

• Ausatmung (exhalation): Zwerchfell und Brustkorb entspannen sich. Das Volumen wird kleiner → der Druck steigt über den Atmosphärendruck → Luft strömt aus der Lunge.

Die Abbildung zeigt diesen Vorgang: Bei der Einatmung (a) weiten sich Brustkorb und Lunge, das Zwerchfell senkt sich. Bei der Ausatmung (b) verkleinert sich der Brustkorb, das Zwerchfell steigt. Die Plus- und Minus-Symbole deuten die Druckänderungen an.

Die Pleura (Pleura)

Die Lunge ist nicht einfach lose im Brustkorb – sie ist von einer speziellen Gewebeschicht umgeben, der Pleura (pleura) .

Die Pleura besteht aus zwei Schichten:

• Parietale Pleura (parietal pleura): Die äußere Schicht, die die Innenseite des Brustkorbs auskleidet.

• Viszerale Pleura (visceral pleura): Die innere Schicht, die direkt auf der Lungenoberfläche liegt.

Zwischen beiden Schichten befindet sich der Intrapleuralraum (intrapleural space), ein kapillarer Spalt, der mit einer dünnen Flüssigkeitsschicht gefüllt ist. Diese Flüssigkeit wirkt wie ein Klebstoff: Sie hält die beiden Schichten zusammen, sodass sich die Lunge bei der Ausdehnung des Brustkorbs mitdehnen muss. Der Druck im Intrapleuralraum ist negativ (unter dem Atmosphärendruck), was die Lunge offen hält.

Die Atemarbeit (The Work of Breathing)

Atmen kostet Energie. Diese Arbeit lässt sich in zwei Kategorien einteilen:

• Strömungswiderstandsarbeit (flow-resistive work): Die Arbeit, die nötig ist, um die Luft durch die Atemwege (Alveolen und Gewebe) zu bewegen. Je schneller geatmet wird, desto mehr Reibung entsteht, und desto größer wird diese Komponente.

• Elastische Arbeit (elastic work): Die Arbeit, die nötig ist, um die elastischen Strukturen zu dehnen – vor allem die Zwischenrippenmuskeln (intercostal muscles), die Brustwand (chest wall) und das Zwerchfell (diaphragm).

Ein wichtiger Zusammenhang: Wenn die Atemfrequenz (respiration rate) steigt, nimmt die Strömungswiderstandsarbeit zu, während die elastische Arbeit abnimmt. Schneller zu atmen bedeutet mehr Reibung in den Atemwegen, aber weniger Dehnung pro Atemzug.

Das Verhältnis von FEV1 zu FVC

Ein wichtiger klinischer Test zur Beurteilung der Lungenfunktion ist das Verhältnis von FEV1 zu FVC. FEV1 ist das forcierte Exspirationsvolumen in einer Sekunde. FVC ist die forcierte Vitalkapazität (forced vital capacity) – die gesamte Luftmenge, die nach tiefster Einatmung forciert ausgeatmet werden kann.

Die Grafik zeigt drei Kurven:

• Normale Lungen: Steiler Anstieg – in der ersten Sekunde wird ein großer Teil der gesamten Vitalkapazität ausgeatmet. Das FEV1/FVC-Verhältnis ist hoch (etwa 75–85 %).

• Restriktive Erkrankungen (restrictive diseases): Die FVC ist reduziert (weniger Gesamtvolumen), aber die Ausatmung erfolgt relativ schnell. Das FEV1/FVC-Verhältnis kann normal oder sogar erhöht sein.

• Obstruktive Erkrankungen (obstructive diseases): Die Ausatmung ist verlangsamt – in der ersten Sekunde wird nur ein kleiner Teil ausgeatmet. Das FEV1/FVC-Verhältnis ist deutlich erniedrigt.

Arten von Lungenerkrankungen (Types of Lung Disease)

Lungenerkrankungen lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen:

Restriktive Erkrankungen (restrictive diseases): Die Lunge kann sich nicht vollständig ausdehnen. Die FVC ist reduziert, aber die Atemwege sind nicht blockiert, sodass die Luft relativ schnell ausgeatmet werden kann. Beispiele:

• Atemnotsyndrom (respiratory distress syndrome): Häufig bei Frühgeborenen; die Lungenbläschen kollabieren wegen fehlenden Surfactants.

• Lungenfibrose (pulmonary fibrosis): Das Lungengewebe vernarbt und wird steif.

Obstruktive Erkrankungen (obstructive diseases): Die Atemwege sind verengt oder blockiert, was die Ausatmung verlangsamt und oft auch die FVC reduziert. Beispiele:

• Emphysem (emphysema): Die Alveolenwände werden zerstört, die Lunge verliert ihre Elastizität.

• Asthma (asthma): Die Atemwege verkrampfen sich und entzünden sich.

• Lungenödem (pulmonary edema): Flüssigkeit sammelt sich im Lungengewebe, oft durch Herzversagen.

Ventilations-/Perfusions-Mismatch (Ventilation/Perfusion Mismatch)

Für einen effizienten Gasaustausch müssen zwei Dinge perfekt aufeinander abgestimmt sein: die Luft, die in die Lunge gelangt, und das Blut, das durch die Lunge fließt.

• Ventilation (V): Die Menge an Luft, die die Alveolen erreicht.

• Perfusion (Q): Die Menge an Blut, das durch die Lungenkapillaren fließt.

Normalerweise steigt mit zunehmendem Herzzeitvolumen (cardiac output) auch die Zahl der durchbluteten Kapillaren. Es kann jedoch zu einem Mismatch kommen – einem Ungleichgewicht zwischen Ventilation und Perfusion. Wenn beispielsweise ein Teil der Lunge gut belüftet, aber schlecht durchblutet ist, kann dort kein Gasaustausch stattfinden. Umgekehrt: Wenn ein Bereich gut durchblutet, aber schlecht belüftet ist, gelangt das Blut ohne Sauerstoffaufnahme zurück in den Körper.

Totraum (Dead Space)

Totraum (dead space) bezeichnet Regionen der Lunge, in denen kein oder kaum Gasaustausch stattfindet – weil die Belüftung oder die Durchblutung ausgefallen ist. Totraum reduziert die für die Diffusion verfügbare Oberfläche. Die Folge: Der Sauerstoffgehalt im Blut sinkt, während der Kohlendioxidgehalt steigt.

Man unterscheidet zwei Arten:

• Anatomischer Totraum (anatomical dead space) oder anatomischer Shunt (anatomical shunt): Entsteht durch ein anatomisches Problem – zum Beispiel eine Fehlbildung oder einen verstopften Atemweg.

• Physiologischer Totraum (physiological dead space) oder physiologischer Shunt (physiological shunt): Entsteht durch eine funktionelle Beeinträchtigung – zum Beispiel wenn ein Lungenbereich zwar belüftet, aber nicht durchblutet wird (oder umgekehrt).

Hämoglobin (Hemoglobin)

Sauerstoff ist im Blut nur schlecht löslich – weniger als 2 % werden direkt im Plasma transportiert. Der Großteil des Sauerstoffs wird an ein spezielles Transportprotein gebunden: Hämoglobin (hemoglobin) .

Hämoglobin ist ein Protein in den roten Blutkörperchen (red blood cells). Es besteht aus zwei Alpha- und zwei Beta-Untereinheiten (alpha and beta subunits), die ein Häm-Gruppe (heme group) umschließen. Diese Häm-Gruppe enthält ein Eisenatom (iron), an das Sauerstoff reversibel bindet. Jedes Hämoglobinmolekül kann bis zu vier Sauerstoffmoleküle transportieren – eines pro Häm-Gruppe.

Sauerstoffdissoziationskurve (Oxygen Dissociation Curve)

Die Bindung von Sauerstoff an Hämoglobin ist nicht linear, sondern folgt einer charakteristischen sigmoiden (s-förmigen) Kurve.

Die Kurve zeigt: Mit steigendem Partialdruck des Sauerstoffs ($P_{O_2}$) bindet mehr Sauerstoff an Hämoglobin. Bei niedrigem $P_{O_2}$ (z. B. in den Geweben) gibt Hämoglobin den Sauerstoff leicht ab; bei hohem $P_{O_2}$ (in der Lunge) wird er gebunden.

Die Kurve kann sich jedoch verschieben:

• Linksverschiebung (left shift): Höhere Affinität – Hämoglobin bindet Sauerstoff fester und gibt ihn schwerer ab. Ursachen: niedriger CO₂, höherer pH-Wert (basischer), niedrigere Temperatur.

• Rechtsverschiebung (right shift): Niedrigere Affinität – Hämoglobin gibt Sauerstoff leichter ab. Ursachen: höherer CO₂, niedrigerer pH-Wert (saurer), höhere Temperatur.

Diese Verschiebungen sind physiologisch sinnvoll: In aktivem Gewebe entsteht mehr CO₂ und Wärme, der pH sinkt – genau das erleichtert die Sauerstoffabgabe (rechts shift).

Die sigmoide Form der Kurve ist kein Zufall. Sie entsteht durch kooperative Bindung: Sobald ein Sauerstoffmolekül bindet, verändert sich die Form des Hämoglobins, sodass die nächsten drei Moleküle leichter binden können. Das macht den Transport extrem effizient.

Krankheiten und Sauerstoffbindung (Diseases and Oxygen Binding)

Verschiedene Krankheiten beeinträchtigen die Fähigkeit des Hämoglobins, Sauerstoff zu binden und abzugeben.

Sichelzellenanämie (sickle cell anemia) ist eine Erbkrankheit, bei der die roten Blutkörperchen eine abnorme, sichelförmige (crescent-shaped) Form annehmen.

Die Abbildung zeigt einen Blutausstrich mit zahlreichen sichelförmigen Zellen. Diese verformten Zellen verstopfen Kapillaren, werden schneller abgebaut und haben eine verkürzte Lebensdauer. Dadurch sinkt die Sauerstofftransportkapazität des Blutes erheblich.

Neben der Sichelzellenanämie können auch andere Krankheitszustände und veränderte Körperbedingungen die Bindung von Sauerstoff an Hämoglobin beeinflussen – entweder durch Erhöhung oder Verringerung der Fähigkeit, Sauerstoff zu dissoziieren (abzugeben).

Transport von Kohlendioxid im Blut (Transport of Carbon Dioxide in the Blood)

Kohlendioxid (CO₂) ist das Abfallprodukt des Zellstoffwechsels und muss aus dem Körper entfernt werden. Es wird auf drei Wegen im Blut transportiert:

1. Direkt im Blut gelöst (dissolved directly in the blood): Ein kleiner Teil des CO₂ (etwa 5–10 %) ist einfach im Plasma gelöst.

2. Gebunden an Plasmaproteine oder Hämoglobin (bound to plasma proteins or hemoglobin): CO₂ kann an die Aminogruppen von Proteinen, insbesondere Hämoglobin, binden (etwa 20–25 %).

3. Umgewandelt in Bikarbonat (converted into bicarbonate): Der größte Teil (etwa 65–70 %) des CO₂ wird in den roten Blutkörperchen durch das Enzym Carboanhydrase in Bikarbonat (HCO₃⁻) umgewandelt. Diese Reaktion ist umkehrbar: In der Lunge wird aus Bikarbonat wieder CO₂, das dann ausgeatmet wird.

Merken Sie sich die drei Transportwege als „gelöst, gebunden, umgewandelt“ – wobei die Umwandlung in Bikarbonat bei weitem der wichtigste Weg ist.

Wichtige Erkenntnisse

1. Vier grundlegende Atmungssysteme: Direkte Diffusion (Plattwürmer), Tracheensystem (Insekten), Kiemen mit Gegenstromaustausch (Fische) und das verzweigte Lungen-Alveolen-System (Säugetiere) – jedes an die Körpergröße und Umgebung angepasst.

2. Anatomie der menschlichen Atemwege: Der Weg der Luft führt von der Nasenhöhle über Rachen, Kehlkopf, Luftröhre, Bronchien und Bronchiolen bis zu den Alveolen – den Orten des Gasaustauschs.

3. Boyle’s Law als Atemmechanik: Volumenänderung des Brustkorbs durch Zwerchfell und Zwischenrippenmuskeln erzeugt Druckunterschiede, die die Luft in die Lunge hinein- und wieder hinausströmen lassen.

4. Lungenvolumina und -kapazitäten: Die vier Grundvolumina (TV, IRV, ERV, RV) addieren sich zur totalen Lungenkapazität (TLC). Klinisch wichtig sind Vitalkapazität (VC) und das FEV1/FVC-Verhältnis zur Unterscheidung von restriktiven und obstruktiven Erkrankungen.

5. Gasaustausch und -transport: Der Partialdruckunterschied treibt die Diffusion von O₂ und CO₂ an. Hämoglobin transportiert den Sauerstoff, wobei die Sauerstoffdissoziationskurve durch CO₂, pH und Temperatur beeinflusst wird. CO₂ wird hauptsächlich als Bikarbonat transportiert.