Atmung VL8 Flashcards
Warum Atmen Lebewesen?
- ATP Produktion mittels oxidativer Phosphorylierung
- Atmungskette (O2
als terminaler Elektronenakzeptor) - CO2 als Abfallprodukt
-ATP muss andauernd produziert werden
-Glykolyse im Zytopls. und ATP Synt. in Mitoch.
-ATP Ausbeute erst nach vollständiger Oxidierung von Glucose
-O2 bei ATP Synth.nötig
Gasaustauschsysteme
- respiratorischen Oberflächen und Mechanismen
zu deren Perfusion (Durchblutung) und Ventilation
(Austausch des Atemmediums)
-Atemgase (O2
und CO2) werden zwischen
Körperflüssigkeiten und Atemmedium (Luft oder
Wasser) per Diffusion ausgetauscht (kein aktiver Transport) - anatomische Anpassungen vergrößern Oberfläche
Luft besseres Atemmedium
als Wasser
▷ langsame Diffusion von O2in Wasser beeinflusst luftatmende Tiere ebenso wie wasseratmende (Wieso? -> selbst Luftatmer , austausch in Lungen in feuchtem milieu.)
▷ O2ist leichter aus Luft als aus Wasser zu gewinnen
▷ O2-Gehalt von Luft (20%) höher als von Wasser
▷ O2diffundiert in Luft rund 8000-mal schneller als in Wasser
▷ es muss Arbeit verrichte werden, um Atemmedium über
respiratorischen Oberflächen zu transportieren (Wasser
= viel dichter und visköser als Luft; benötigt zur Bewegung mehr Energie)
- Kleine Körpermassen möchten möglischt viele Zellen an Atemmedium haben
Hohe Temperaturen bei Wassertieren ( Atmung)
▷ Fische in warmen Tümpeln schnappen ab und zu an der Oberfläche nach Luft
▷ Die CO2-Abgabe ist kein Problem (Co2hat sehr guteWasserlöslichkeit)
-O2 Gehalt nimmt bei steigenden Temperaturen ab , H2O Temp nimmt zu.
-Ein aktiver Fisch verbraucht mehr als ein inaktiver
▷ Aufnahme von O2ist in der Höhe viel schwieriger als auf Meereshöhe
▷ CO2-Abgabe ist in allen Höhelagen unproblematisch
- je nach höhe geringer O2Partialdruck
Atmung Insekten
- von Luftwegen durchzogene Körper
- Stigmen sind verschließbare Öffnungen
- nicht so komplexe Luftwege
- Luftwege haben viele Öffnungen (Stigmen)
Fisch
- Kiemen als Gasaustauscheorgan
- unidirektionaler Wasserstrom über Fischkiemen
- die ganze Zeit fließt H2O über die Kiemen
- Kiemen verschiedene Lagen
- H2O durch Mund und durch Kiemen wieder raus
- Kiemenfilamente haben große Obeflächen und sind dünnwändig
- Kiemenfilamente umgeben von Kappilarsystem
Gegenstromprinzip Fisch
-Gegenstromprinzip zur maximierung des Gasaustauschs -> Blutfluss in die entgegengesetzte Richtung von H2O
- gleiche Strömrichtung: Sauerstoffsättigung von
Blut und Wasser ziemlich
bald im Gleichgewicht
(Gasaustausch nicht
vollständig)
-Entgegengesetzt: existiert ein O2-Partialdruckgradient über die gesamte Länge der Austauschfläche (besserer Gasaustausch)
Amphibien Lungen
- Kiemen,Lungen oder Hautatmung 8oft parallelnutzung dieser Varianten
- Lungenhautkreislauf
- Haut unterschiede zwischen spezies
- Kaulquappe hat Kiemen
- Gasaustausch zwischen haut und blut bei Titicaca Riesenfrosch ( hat besonders viel gefaltete haut weil gesamter Gasaustausch über Haut)
Vögel
- Luftsäcke und Lunge
- Luftsäcke sind dünnwandige Anhänge
der Lunge, die wie Blasebälge die Luft
durch die Lunge führen - mikroskopische Ansicht des
Vogellungengewebes - Luft strömt über die Parabronchien in
einer Richtung durch die Vogellunge - Luftkapillaren transportieren Luft von
Parabronchien zu Blutkapillaren
(Gasaustausch)
undirektionale Ventilation bei Vögeln
- maximierte Gasaustausch= sehr effektiv selbst bei extremen Höhen von bis zu 12.000m
- ein Atemzug bleibt 2 Ventilationszyklen im Körper (mensch nur ein zyklus)
- Atemzug 1 geht in die hinteren Luftsäcke , noch kein Gasaustausch
- beim nächsten Ausatmen strömt der Atemzug 1 in die Lungen, Gasaustausch
- Atemzug 2 und Atemzug 1 geht in vordere Luftsäcke
- Atemzug 2 geht durch ausatmen von Atemzug 1 in die hinteren Luftsäcke und 1 geht raus
Bidirektionale Ventilation
-Lungen bildeten sich als Aussackungen des Vorderdarms
(Lungenfische)
- trotz beträchtlicher Weiterentwicklung sind Lungen bei allen
Vertebraten (außer Vögeln) blind geschlossene Sackelungen
geblieben
- Ein- und Ausatmen müssen sich demnach periodisch
abwechseln und erfolgen über dieselbe Route
- Lunge kollabiert beim Ausatmen nicht vollständig, daher
weist sie Totraum (Residualvolumen ca 1 L)auf
-Totraum ist minderung der effiziens
(Spirometrie ))
Menschliche Lunge Aufabu
- Lungenflügel in Brusthöhe hinter Rippen
- Brustfell (Pleura ) kleidet die Brusthähle aus und überzieht Lunge
- Luft gelang durch Mund oder Nase in die Luftröhre in die Bronchien in die Lunge und erreicht Alveolen
Alveolen
-haben engen kapillarkontakt
-in Alveolen kommen O
2
-Moleküle in engen
Kontakt mit roten Blutzellen, die durch
Kapillarnetz strömen
-Wände der
Alveolen und
Kapillaren sind
extrem dünn
Diffusionsstrecke
ca. 2 µm)
-Diffusionsstrecke sollte so gering wie möglich sein
-Kapillare so klein und eng das nur noch ein Ery. durchpasst = muss so damit chance o2 aufnahme
Die menschliche Lunge (Ventilation)
▷ Lunge wird durch Druckänderungen in der Brusthöhle ventiliert = Einatmen -Zwerchfell kontrahiert -Brusthöhle erweitert sich -Unterdruck in Interpleuralspalt nimmt zu Lungenflügelexpandieren -Luft strömt ein
=Ausatmen
- Zwerchfell erschlafft
- Brusthöhle verengt sich
- Unterdruck im Interpleuralspalt nimmt ab
- Lungenflügel ziehen sich zusammen
- Gasgemisch wird aus der Lunge gedrückt
=> Brusthöhle immer Unterdruck, Schwankung des Drucks durch Atembewegen verursacht ausdehen und zsmziehen der Lungenflügel
Menschliche Lunge
-respiratorsicher Schleim
▷ Sekrete im Atmungstrakt unterstützen die Ventilation
(1) respiratorischer Schleim
- Zellen der Luftwege produzieren einen klebrigen Schleim, (Schutzmechanismus gegen Schmutzpartikel
und Mikroorganismen)
- die zystische Fibrose (Muoviszidose), eine Erbkrankheit, ruft
Atemprobleme hervor,weil sie den respiratoroschen
Schleim verändert
Menschliche Lunge
-Surfactant
▷ Sekrete im Atmungstrakt unterstützen die
(2) Surfactant = surface active agent (grenzflächenaktive
Substanz) die Oberflächenspannung senkt
- von Pneumozyten Typ II produziert
- besteht aus Phospholipiden,
Neutrallipiden und Proteinen
(Verhältnis 10:1:1)
- in Granula gespeichert und in Alveolen sezerniert
- verringert Arbeit, die nötig ist, um die Lunge beim Einatmen zu dehnen
- verhindert Kollaps der Alveolen am Ende der Ausatmung, weniger Energie verbraucht
-erst ab der 34. Schwangerschafts
woche in ausreichenden Mengen produziert (Atemnotsyndrom bei
Frühgeborenen)
Gasaustausch ist Abhängig
▷ Konz.unterschied
- je größer des Auszutauschenden Moleküls desto einfacher
-ohne geht garnix
-je kleiner die Barriereder Komponenten desto besser
= Anfang Kapillarsys. höhere Konz. CO2 als in Aveolen deswegen easy going!
=O2 Kon in Aveolenhöher als in Kapillare deswegen easy going!
▷ Barrierendicke
- ca 2 µm
▷ respiratorische Oberfläche
-Mesch ca 100 m2
-Wal 1000 m2
Maus unter 0,1 m2
O2 Transport im Blut
▷ im Tierreich gibt es drei Grundtypen
respiratorischer Proteine (Hämocyanin,
Hämerythrin und Hämoglobin)
▷ in Vertebraten kommt nur Hämoglobin vor (erhöht
die Sauerstofftransportkapazität von Blut um das 60-fache)
=wenn kein Hämog. da keine adequate versorgung
▷ O2 diffundiert durch
Alveolarepithel und
Kapillarendothel ins
Blut ( kleiner teil auch in Blutplasma aber meiste in Ery. ,ohne das in Ery zu wenig)
Hämoglobin
▷ Hämoglobin muss in Lunge und Gewebe unterschiedliche
Affinitäten zu O2 besitzen
▷ Ein Hämoglobinmolekül besteht aus vier globulären
Proteinketten, den Globin-Untereinheiten (in jedes Globin
ist eine Hämgruppe eingebettet)
-jede Hämgruppe hat eigenes Fe2+
▷ Hämgruppe (eisenhaltige Ringstruktur, die über zentrales
Eisenion ein O2-Molekül reversibel binden kann
O2-Partialdruck (PO2)
- Konz von Gasen in Gasgemisch wird darin beschrieben
- Meereshöhe atmosphär. Druck ca 760 mm Hg (1 atm)
= Luft mit ca 20.9% O2 hat einen von 159 Hg
▷ sind zwei Gasgemische durch O2
–permeable Membranen
getrennt, diffundiert O2
aus dem Gemisch mit hohem O2–Partialdruck in das mit niederem
▷ in Lunge (> PO2) nimmt Hämoglobin O2auf
▷ im übriger Körper(< PO2) kann es O2abgeben
▷ Beziehung zwischen PO2und Menge an Hämoglobin
gebundenen O2ist sigmoidal (Kooperativität des Hämoglobins)
▷ bei sinkendem PO2
gibt Hämoglobin O2
auf gleiche Weise
wieder frei
Sigmoidalkurve
-Sauerstoffreserve (75 %) kann an Gewebe mit sehr niedrige PO2
abgegeben werden
(venöse Reserve)
-nur 25 % des O2
in arterielle Blut wird in Ruhe an Gewebe abgegeben
-PO2von sauerstoffarmen Blut das zum Herz zurückkehrt = 40 mm Hg
-PO2 von Blut aus Lunge
= 100 mm Hg
Hämoglobintypen
▷ Oxyhämoglobin = O2 beladen ▷ Desoxyhämglobin = nicht mit O2 beladen ▷ Methämoglobin = deaktivierte, nicht sauerstoffaffine Form ▷ Carboxyhämoglobin = CO (Kohlenmonoxid) beladen (200fach > Affinität als O2) - gibt auch noch : Embryonale und Fetale Hämoglobine ( Haben stärkere affinität zu O2 weil müssen ja das O2 des MutterHäms bekommen -Adulte Hämoglobine Hämogl. A1 ca 98% und A2 mit ca 2%
Myoglobin
▷ in Muskelzellen
▷ hat eine > Sauerstoffaffinität
als Hämoglobin
▷ erleichtert Diffusion von O2 in Muskelzellen
▷ Sauerstoffreserve für Muskel wenn Stoffwechsel hoch und
Durchblutung unterbrochen ist
▷ O2
-Affinität von Myoglobin und verschiedenen
Hämoglobinen ist variabel
▷ Anpassungen an verschiedene Lebensumstände
Hämoglobin und PH
▷ pH-Wert hat Einfluss auf die Hämoglobinfunktion
(Bohr-Effekt)
▷ strömt Blut durch ein metabolisch aktives Gewebe, nimmt es saure Stoffwechselprodukte auf (Milchsäure, Kohlensäure) und der pH-Wert im Blut sinkt
▷ Protonen (H+) binden an Hämoglobin und senken so dessen Affinität für O2
(Verlagerung Sauerstoff-bindungskurve nach rechts)
▷ aufgrund dieser Verlagerung gibt Hämoglobin in Gewebe
mit niedrigem pH-Wert mehr und leichter O2 ab
Bohr-Effekt vs Haldane Effekt
Bohr:
-Hämoglobin verliert O2 bei einwirken von säure
Haldane:
Hämoglobin senk Co2- Bindunsvermögen bei geseigertem O2-Partialdruck
2,3-Disphosphoglycerat (DPG)
- 2,3-Disphosphoglycerat (DPG) begünstigt O2-Abgabe
- Metabolit der Glykolyse
- Erythrocyten reagieren auf niedrigen PO2-Wert durch Steigerung Glykolyserate (= mehr DPG)
- DPG bindet reversibel an desoxygeniertes Hämoglobin (wie auch H+) und senkt dessen Sauerstoffaffinität (O2 -Freisetzung begünstigt)
Beinflussende Faktoren Hämoglobin
- unterschiedliche Faktoren können maßgeblich beeinflussen (Sauerstoffaffinität) =Affinitätszunahme : \+pH -H+ -Temperatur -2,3 DPG =Affinitätsabnahme -pH \+H+ \+pCO2 \+Temperatur \+2,3 DPG
Kohlenstoffdioxidtransport im Blut
▷ CO2 wird hauptsächlich von Hydrogen-carbonationen im Blut transportiert -CO2diffundiert aus Zellen in Blutplasma und in Erythrocyten -CO2(5 %) wir gelöst im Plasm transportiert -CO2(20 %) bindet an Hämoglobin -CO2(70 %) wird in Erythrocyten und Endothel in Hydrogencarbonationen umgewandelt -Hydrogencarbonationen gelangen im Austausch mit Chloridionen ins Plasma -Abläufe werden in Lunge oder Kiemen umgekehrt (Hydrogencarbonat wird in Kohlensäure umgewandelt, die dissoziiert und CO2 freisetzt) -CO2 diffundiert aus Erythrocytenin Blutplasma undweiter in Alveolen und wird ausgeatmet.
Kontrolle der Atmung
- Atmung =unwillkürliche Funktion des ZNS
- Atemmuster passt sich Aktivität an ( Atemtiefe und Frequent je nach Stoffwechselanforderung)
-Atemrhythmus wird im Hirnstamm erzeugt und
automatisch kontrolliert
Atemzentrum
▷ Atemzentrum befindet sich in der Formatio reticularis de
Medulla oblungata
▷ es gibt inspiratorische (einatmen) und exspiratorische(ausatmen) Neuronen, sowie postinspiratorische( dazwischen) Neuronen
▷ in der Postinspiration wird Atemvolumen kurz gehalten,
bevor Exspiration eingeleitet wird damit Zeit für Gasaustausch gewonnen werden kann
Atemfrequenz
▷ Zahl der Atemzüge pro Zeiteinheit (pro Minute)
▷ Normwerte (in Ruhe) stark abhängig vom Lebensalter
www.dasgehirn.info
• beim Neugeborenen etwa 40-45 Atemzüge/ min
• beim Säugling etwa 35-40 Atemzüge/ min
• beim Kleinkind etwa 20-30 Atemzüge/ min
• beim Kind etwa 16-25 Atemzüge/ min
• beim Erwachsenen etwa 12-18 Atemzüge/ min
Regulation der Atmung durch Feedback
! Co2 beeinflusst die Atemfrequenz mehr als O2 und das viel Extremer !
- geringe Menge Co2 im Blutstrom bewirkt einen starken Anstieg der Ventilationsrate
- starkes Absinken des ateriellen O2-Gehaltes hat kaum einen Effekt auf die Ventilationsrate
Feedback Regulatuion
Rezeptoren
-Chemorezeptoren (Medulla) reagieren empfindlich auf den Partialdruck von CO2
und pH-Wert der
Cerebrospinalflüssigkeit
-Chemorezeptoren (Glomera auf großen Blutgefäßen reagieren empfindlich auf den O2-Gehalt im Blut
