Atemmechanik: Drücke und Muskeln
- Mechanismus
- Prüfungsrelevanz: hoch
Zum Einatmen vergrößern Muskeln den Brustkorb, der Druck in der Lunge sinkt, und Luft strömt von selbst ein. Ruhiges Ausatmen ist passiv.
Auch genannt: Atemmechanik, Boyle-Mariotte-Gesetz bei der Atmung
In 3D ansehen: Zwerchfell (Diaphragma) · Musculi intercostales externi (äußere Zwischenrippenmuskeln) · Musculi intercostales interni (innere Zwischenrippenmuskeln) · Skalenusmuskeln (Musculi scaleni) · Musculus sternocleidomastoideus (Kopfwender) · Musculus rectus abdominis (gerader Bauchmuskel) · Brustfell (Pleura) · Nervus phrenicus (Zwerchfellnerv)
Worum es geht
Luft strömt immer vom höheren zum niedrigeren Druck. Wenn sich Zwerchfell und Musculi intercostales externi kontrahieren, vergrößert sich der Brustkorb, der Pleuradruck wird negativer, die Lunge dehnt sich aus, und der Alveolardruck fällt unter den Atmosphärendruck. In Ruhe wird die Exspiration durch die elastische Retraktion der Lunge angetrieben und erfordert keine Muskelarbeit.
Wie es funktioniert, Schritt für Schritt
- Das medulläre Atemzentrum sendet Impulse über die Nervi phrenici und intercostales.
- Das Zwerchfell kontrahiert sich und tritt tiefer; die Musculi intercostales externi heben die Rippen nach oben und vorne.
- Das Thoraxvolumen steigt, und der Pleuradruck wird negativer.
- Die Lunge, die über den Pleuraflüssigkeitsfilm an die Thoraxwand gekoppelt ist, dehnt sich aus.
- Nach dem Boyle-Mariotte-Gesetz fällt der Alveolardruck um etwa −1 cmH₂O, und Luft strömt ein, bis sich die Drücke ausgleichen.
- Wenn die Muskeln erschlaffen, verkleinern elastische Retraktion und Oberflächenspannung die Lunge wieder.
- Der Alveolardruck steigt über den Atmosphärendruck (≈ +1 cmH₂O), und Luft strömt ohne Anstrengung aus.
Lung volumes and capacities
TLC 6.0 LVC 4.8 LFRC 2.4 LRV 1.2 LFEV1/FVC 0.80
Normal adult pattern (approximate values: they vary with height, age and sex).
Tap a volume, a capacity or FEV1.
- IRV · Inspiratory reserve volume
- TV · Tidal volume
- ERV · Expiratory reserve volume
- RV · Residual volume
- Capacity (sum of volumes)
- Current forced expiration
- Normal
Referenzwerte (Erwachsener in Ruhe)
| Parameter | Wert | Hinweis |
|---|---|---|
| Pleuradruck, Ende der Exspiration | ≈ −5 cmH₂O | |
| Pleuradruck, Ende der Inspiration | ≈ −7,5 cmH₂O | |
| Alveolardruck während der Inspiration | ≈ −1 cmH₂O | bezogen auf den Atmosphärendruck |
| Transpulmonaler Druck | alveolär − pleural | der Druck, der die Lunge offen hält |
| Atemfrequenz | 12–20 Atemzüge/min |
Ungefähre Werte eines gesunden Erwachsenen in Ruhe; jedes Labor legt eigene Referenzbereiche fest.
Atemmuskeln
| Phase | Muskeln | Wann sie arbeiten |
|---|---|---|
| Ruhige Inspiration | Zwerchfell, Musculi intercostales externi | Immer |
| Forcierte Inspiration | Musculi scaleni, Musculus sternocleidomastoideus | Körperliche Belastung, Dyspnoe, Obstruktion |
| Ruhige Exspiration | Keine (elastische Retraktion) | In Ruhe |
| Forcierte Exspiration | Musculus rectus abdominis und schräge Bauchmuskeln, Musculi intercostales interni | Husten, körperliche Belastung, Asthma, COPD |
Klinischer Bezug
- Pneumothorax: Der negative Pleuradruck geht verloren; die Lunge kollabiert, und der Hemithorax wird überdehnt. Klassisch: plötzlicher pleuritischer Schmerz, fehlendes Atemgeräusch und hypersonorer Klopfschall.
- Instabiler Thorax: Ein Segment frakturierter Rippen sinkt bei der Inspiration ein (paradoxe Bewegung), weil es dem Pleuradruck folgt und nicht den Muskeln.
- Rückenmarksverletzung oberhalb von C3 oder beidseitige Phrenikusparese: keine wirksame Spontanatmung; bei Zwerchfelllähmung bewegt sich das Abdomen bei der Inspiration nach innen.
Testen Sie sich
Überlegen Sie die Antwort und tippen Sie dann auf die Frage.
Warum kollabiert die Lunge bei einem Pneumothorax, obwohl die Atemmuskeln noch arbeiten?
Luft im Pleuraspalt hebt den Pleuradruck auf Atmosphärendruck an; der transpulmonale Druck, der die Lunge offen hielt, verschwindet, und ihre elastische Retraktion lässt sie kollabieren.
Wie hoch ist der Alveolardruck am Ende einer ruhigen Inspiration, wenn der Fluss stoppt?
Null (atmosphärisch): Ohne Druckdifferenz zwischen Mund und Alveole gibt es keinen Luftstrom.
Warum kostet die ruhige Exspiration keine Muskelenergie?
Die während der Inspiration als elastische Retraktion (elastische Fasern und Oberflächenspannung) gespeicherte Energie wird frei, wenn die Muskeln erschlaffen.
Ein Patient mit beidseitiger Zwerchfelllähmung liegt auf dem Rücken. Welches Zeichen tritt bei der Inspiration auf?
Paradoxe Atmung: Das Abdomen bewegt sich bei der Inspiration nach innen, weil der negative Pleuradruck das schlaffe Zwerchfell in den Thorax hinaufzieht.
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Connections
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Die Strukturen der 3D-Anatomie von Durgical, in denen es stattfindet.
- Zwerchfell (Diaphragma)
- Musculi intercostales externi (äußere Zwischenrippenmuskeln)
- Musculi intercostales interni (innere Zwischenrippenmuskeln)
- Skalenusmuskeln (Musculi scaleni)
- Musculus sternocleidomastoideus (Kopfwender)
- Musculus rectus abdominis (gerader Bauchmuskel)
- Brustfell (Pleura)
- Nervus phrenicus (Zwerchfellnerv)
Lehrinhalt zur Physiologie; kein Leitfaden für Diagnose oder Behandlung und kein Ersatz für den Rat einer medizinischen Fachperson. Die Werte sind ungefähre Referenzwerte. Ohne Dosierungen.
Quellen: Anatomy, Thorax: Diaphragm (StatPearls (NCBI Bookshelf), 2024); Acute Pneumothorax Evaluation and Treatment (StatPearls (NCBI Bookshelf), 2024).
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