ANPH1_Atmungssystem_SW7

Wie funktioniert die äussere Atmung?

Da die meiste Zellen des Körpers nicht an der Oberfläche liegen, muss Sauerstoff und Kohlendioxid über Blut und Lunge ausgetauscht werden.

•       Ventilation - das, was bei Laien unter Atmen verstanden wird.

•       Alveoläre Diffusion    

•       Transport mit dem Blutstrom

•       Diffusion im Gewebe

Wie funktioniert die innere Atmung? (Zellatmung)

Zellen sind auf ständige Sauerstoffzufuhr und Abtransport der Stoffwechselprodukte angewiesen. O₂ und CO₂ können nicht gelagert werden.

•       Verbrauch von Sauerstoff zur Oxidation organischer Verbindungen um Energie in Form von ATP zu produzieren.

•       CO₂ und H₂O – Abfallprodukte

Graphische Darstellung der Inneren/Äusserenatmung

Homöostase definition?

Das Nervensystem reguliert die Atmung, so dass immer ein Gleichgewicht zwischen Sauerstoff Zufuhr und Bedarf des Metabolismus herrscht

CO2-Kozentration wird gemessen. Der Atmungsrhythmus steigt wenn zu wenig Sauerstoff/Zuviel CO2

Wie wird die Atmung reguliert?

• CO2 Konzentration steigt mit steigender körperlicher Arbeit/Leistung
• CO2 Konzentration spiegelt Aktivität des Metabolismus wieder
• Chemorezeptoren reagieren auf O2 und CO2 Partialdruck- und pH-Veränderungen
• Zentrale Rezeptoren im verlängerten Rückenmark
• Periphere Chemorezeptoren in der Aorta und Halsschlagadern

 

2          Rachenmandeln  Rachen

3          Nasopharynx  Rachen

4          Mündung der Ohrtrompete  Rachen

5         

6          Weicher Gaumen   Rachen

7          Gaumenmandeln   Rachen

8          Oropharynx  Rachen

9          Luftröhre (Trachea) (Pink) Speiseröhre (Blau)               Rachen

10        Kehldeckel (Epiglotis)

11        Zungenmandeln

12        Zunge

13        Mundhöhle

14        Nasenhöhle

10 Unterschiede zwischen Eingeatmete Luft und Ausgeatmete Luft

A. Umgebungsluft, die eingeatmet wird

1          Staubpartikel

2          reich an O2 wenig CO2

3          Feuchtigkeit

4          Temperatur

5          Keime

6          78% Stickstoff 21% Sauerstoff, 1% Edelgase (Argon, Krypton etc)

 

B. Ausgeatmete Luft

1          Weniger Schutzpartikel

2          wärmer 

3          reich an CO2 und O2 arm

4          Feuchtigkeit höher als Umgebung

5          Weniger Feinstaubpartikel

6          Ausdünstungen (Zwiebel, Curry, Alkohol etc)

7          78% Stickstoff, Sauerstoff 17%, Argon 1%, CO2 4%

8          Keime

Aufbau der Lunge?

Jeder Lungenlappen ist in unzählige Lungenläppchen untergeteilt, die Alveolarsäckchen enthalten. Jedes Alveolarsäckchen ist von einem Kapillarnetz umsponnen. Hier findet die Diffusion der Atemgasse zwischen Luft und Blut statt.

Alveolen ~ 0.2mm Durchmesser, 1 µm dünne Epithelwand.

Die Oberfläche der Alveolen und der kurze Diffusionsweg sorgen dafür, dass genug Sauerstoff aufgenommen werden kann.

•       Lungenoberfläche ca. 100 m²

•       Hautoberfläche ca. 1.7 m²

Mechanik des Atmens?

Bei der Dehnung des Zwergfells entsteht ein Vakuum und die Lunge wird mitgezogen. (Einatmung)

1.     Zwerchfell kann sich spannen und entspannen (muskel)

2.     Lunge wird durch Vakuum vergrössert oder verkleinert

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mechanik des Atmens? graphisch

Aufbau Lunge graphisch (innen)

Der Gasaustausch

Das venöse Blut hat wenig Sauerstoff (14ml/100ml Blut) und viel Kohlenstoffdioxid (54ml/100ml Blut). O₂ diffundiert von der Luft ins venöse Blut und CO₂ vom venösem Blut in die Luft entlang des Konzentrationsgefälle.

Das arterielle Blut ist reich an O₂ (19ml/100ml Blut) und hat weniger CO₂ (50ml/100ml Blut). Das O₂ diffundiert ins Gewebe, wo weniger O₂ ist und CO₂ diffundiert aus dem Gewebe ins Blut, wieder dem Konzentrationsgefälle nach.

Je geringer der Konzentrationsgradient (Unterschied) ist, desto langsamer ist die Diffusion.

•       Folgt einem Konzentrationsgefälle

•       O₂ und CO₂ Partialdruck (Teilkonzentration)

Der Gasaustausch graphisch

 

Warum bleibt die Luft nicht in der Lunge bis der Sauerstoffgehalt auf 0% gesunken ist?

Das Konzentrationsgefälle muss aufrechterhalten werden. Das heisst es kann gar nicht auf 0% kommen weil irgendwann ist die Konzentration auf beiden Seiten gleich das heisst es gibt gar keinen Austausch mehr.

 

Sauerstoff - O2 Transport im Blut

 

 

Der Sauerstoff wird in den roten Blutkörperchen an den roten Farbstoff Hämoglobin gebunden.

Das Hämoglobin-Molekül besteht aus 4 Untereinheiten (4 Proteine = Aminosäureketten) so genannten Globinen. An jede Untereinheit ist ein Eisen-II-Komplex – das Häm gebunden. Jedes Eisenion bindet reversibel ein O₂ Molekül.

Dadurch ändert sich die Farbe des Häms von dunkel- zu hellrot.

Ein Liter Blut enthält etwa 150 g Hämoglobin, das etwa 200ml O₂ binden kann.

Rückblick Zellbio:

Faltung der Globine: Beispiel für Tertiärsturuktur eines Proteins

Zusammenlagerung vierer Globinmoleküle: Beispiel für Quartärstruktur eines Proteins

Häm mit Eisen Atom: Beispiel für Cofaktor – Nicht-Protein Molekül, dass sich an ein Protein bindet und für seine Funktion unerlässlich ist.

-        In Erythrozyten an Hämoglobin gebunden => Oxyhämoglobin ~ 98 %

-        Im Blut gelöst ~ 2 %

Die Bindung des Sauerstoffs in der Lunge ist vom Sauerstoff-Partialdruck (pO2) abhängig Bei geringem Druck (geringe Teilkonzentration) wird das erste O2-Molekül nur langsam gebunden. Durch die mit dieser Bindung erfolgte Veränderung der Hämoglobinstruktur und damit veränderten Interaktion der Hämoglobinuntereinheiten lagern sich das zweite und dritte O2-Molekül relativ leicht an das Hämoglobin an, worauf das vierte O2 Molekül sich wieder etwas schlechter in einer Sättigungsfunktion bindet. Die hieraus resultierende Beziehung zwischen pO2 und Sauerstoffsättigung des Hämoglobins lässt sich in der sigmoiden Sauerstoffbindungskurve verdeutlichen.

 

 

 

CO₂ löst sich im Blut. Diese Reaktion wir durch das Enzym Carboanhydrase in Erythrozyten katalysiert und ist reversibel (umkehrbar)s trägt zur Pufferung des Blutes (Aufrechterhaltung des physiologischen pH-Wertes) bei.

Gefährliches Gas: Kohlestoffmonoxid - CO

-        Ensteht beim Brennen mit geringer Sauerstoff Zufuhr (auch beim Zigaretten rauchen)

-        Wird leicht über die Lunge aufgenommen

-        CO bindet sich stärker als O₂ na Hämoglobin =>Karboxyhämoglobin

-        Einatmen grösserer Mengen führt zu akuter Vergiftung

 

Erbkrankheiten und O2 Bindung an Erythrozyten

 

Thalassämien - Globin Moleküle werden weniger oft gebildet oder sind defekt

-        Die Überlebenszeit der Erythrozyten ist verkürzt

Sichelzellkrankheit (Sichelzellanämie) – eine Mutation im Globin Gen verursacht dass Deoxyhämoglobin-Moleküle Polymerisieren

- Erythrozyten verformen sich sichelförmig und sterben ab

=> Anämie => mangelhafte Sauerstoffversorgung