Atmung

Definition & Überblick

Die Atmung (lat. Respiratio) umfasst sämtliche physiologischen Vorgänge, die dem Gasaustausch zwischen einem Organismus und seiner Umgebung dienen. Im engeren Sinn beschreibt sie die äußere Atmung (Ventilation und pulmonaler Gasaustausch), bei der Sauerstoff (O₂) aus der Umgebungsluft aufgenommen und Kohlendioxid (CO₂) abgegeben wird. Die innere Atmung (Zellatmung) bezeichnet dagegen die oxidativen Stoffwechselvorgänge in den Mitochondrien der Zellen. Beide Prozesse sind untrennbar miteinander verknüpft und für die Aufrechterhaltung aller Lebensfunktionen essenziell. Das Atmungssystem – auch als Apparatus respiratorius bezeichnet – zeigt im Tierreich eine bemerkenswerte strukturelle Vielfalt, die an die jeweiligen Lebensräume und metabolischen Anforderungen angepasst ist.

Aufbau & Struktur

Das Atmungssystem der Säugetiere lässt sich in die oberen und unteren Atemwege unterteilen. Die oberen Atemwege umfassen die Nasenhöhle (Cavum nasi) mit ihren Nasenmuscheln (Conchae nasales), die Nasennebenhöhlen (Sinus paranasales) sowie den Nasenrachen (Nasopharynx). Die Luft wird hier erwärmt, befeuchtet und durch Flimmerepithel sowie Schleim von Partikeln gereinigt.

Die unteren Atemwege beginnen mit dem Kehlkopf (Larynx), der als Ventilmechanismus den Atemweg verschließen kann und bei vielen Spezies der Lautgebung dient. Distal schließt sich die Luftröhre (Trachea) an – ein durch hufeisenförmige Knorpelspangen (Cartilagines tracheales) offengehaltenes Rohr, das sich an der Bifurcatio tracheae in die beiden Hauptbronchien (Bronchi principales) aufteilt.

Innerhalb der Lunge (Pulmo) verzweigen sich die Bronchien über Lappenbronchien, Segmentbronchien und Bronchioli bis zu den terminalen Bronchioli. Dieses System wird als Bronchialbaum (Arbor bronchialis) bezeichnet. Am Ende stehen die Alveolen (Alveoli pulmonis) – dünnwandige Lungenbläschen, deren Gesamtoberfläche beim Hund etwa 80 m², beim Pferd bis zu 500 m² beträgt. Die Alveolarwand besteht aus Pneumozyten Typ I (Gasaustausch) und Pneumozyten Typ II (Surfactant-Produktion). Zusammen mit dem Kapillarendothel bilden sie die Blut-Luft-Schranke (Barriera alveolocapillaris) mit einer Dicke von nur 0,2–0,5 µm.

Die Lunge ist von der Pleura (Brustfell) umgeben, bestehend aus dem viszeralen Blatt (Pleura pulmonalis) und dem parietalen Blatt (Pleura parietalis). Der Pleuraspalt mit seinem Unterdruck ist funktionell entscheidend für die Atemmechanik.

Funktion

Die Ventilation erfolgt bei Säugetieren als Unterdruckatmung: Durch Kontraktion des Zwerchfells (Diaphragma) und der äußeren Zwischenrippenmuskulatur (Musculi intercostales externi) vergrößert sich das Thoraxvolumen, der intrapleurale Druck sinkt, und Luft strömt passiv in die Lungen (Inspiration). Die Exspiration erfolgt in Ruhe überwiegend passiv durch die elastischen Rückstellkräfte des Lungengewebes und der Thoraxwand.

An der Alveolarmembran findet der Gasaustausch nach dem Prinzip der Diffusion entlang des Partialdruckgefälles statt: O₂ diffundiert aus der Alveolarluft ins Kapillarblut, CO₂ in umgekehrter Richtung. Der Sauerstoff wird im Blut überwiegend an Hämoglobin gebunden transportiert.

Die Atemregulation erfolgt über das Atemzentrum in der Medulla oblongata. Chemorezeptoren im Glomus caroticum und in der Medulla selbst registrieren Veränderungen des CO₂-Partialdrucks, des pH-Werts und des O₂-Gehalts und passen Atemfrequenz sowie Atemtiefe an.

Unterschiede zwischen Tierarten

• Pferd (Equus caballus): Obligater Nasenatmer – die Atmung erfolgt ausschließlich über die Nase, da das verlängerte Gaumensegel (Palatum molle) den Oropharynx funktionell verschließt. Dies hat klinische Bedeutung bei obstruktiven Erkrankungen der oberen Atemwege. Das Lungenvolumen beträgt rund 42 Liter.
• Hund (Canis lupus familiaris): Kann durch Mund und Nase atmen. Das Hecheln (Polypnoe thermale) dient der Thermoregulation über Verdunstungskühlung an den Schleimhäuten. Brachyzephale Rassen zeigen rassebedingte Atemwegsstenosen.
• Wiederkäuer (Ruminantia): Die Lunge ist vergleichsweise klein in Relation zur Körpermasse und zeigt eine ausgeprägte Lobulierung. Die eingeschränkte Kollateralventilation macht Wiederkäuer besonders anfällig für Pneumonien.
• Vögel (Aves): Grundlegend anderes System mit starren Parabronchien und einem System aus Luftsäcken (Sacci pneumatici), die als Blasebälge fungieren. Die Luft strömt unidirektional durch die Lunge – ein hocheffizientes Prinzip, das den enormen Sauerstoffbedarf im Flug deckt. Vögel besitzen keine Alveolen im Säugetiersinn, sondern Luftkapillaren.
• Reptilien: Einfacher gebaute Lungen, teilweise mit kammerartiger Struktur. Schlangen