Atemzentrum
Anatomie & Physiologie
- Das Atemzentrum besteht aus mehreren, räumlich z.T. voneinander
getrennten, aber miteinander verschalteten inspiratorischen und
exspiratorischen Neuronen in der Medulla
oblongata und dem Halsmark.
- Inspiratorische Neurone bewirken die Inspiration durch Erregung der
spinalen motorischen Neurone der Inspirationsmuskulatur (v.a. des
Zwerchfells).
- Exspiratorische (nicht-inspiratorische) Neurone bewirken die Exspiration
in Ruhe praktisch ausschließlich durch Hemmung der inspiratorischen
Neurone, d.h. es wird die passive Rückdehnung des Brustkorbs ausgenutzt
und keine aktive Betätigung der Expirationsmuskulatur ausgelöst. Bei
gesteigerter Atmung reicht die passive Rückdehnung nicht aus und es wird
zusätzlich die Expirationsmuskulatur aktiviert.
- Die beiden Neuronengruppen sind abwechselnd tätig und hemmen sich z.T.
auch gegenseitig, so dass es zu einer alternierenden Ein- und Ausatmung
kommt.
- Sie werden tonisch durch die Formatio
reticularis aktiviert, die wiederum von höheren Hirnzentren
modulierende Afferenzen (Atemreize) erhält.
- Die engen anatomischen Verbindungen zu zentralen Chemorezeptoren an der
Ventralseite der Medulla oblongata,
die den CO2-Partialdruck im Liquor messen, betonen die große
Bedeutung des CO2-Partialdrucks für die Regulation der Atmung.
- Dieser zentrale Atemantrieb ist akut sehr wirksam: Das
Atemzeitvolumen steigt etwa um Faktor 10, falls der arterielle CO2-Partialdruck
von 5 kPa auf 9 kPa ansteigt.
- Eine chronische Erhöhung des CO2-Partialdrucks führt
jedoch zu einer Gewöhnung und teilweise einer Umstellung auf die
primäre Steuerung der Atmung über den O2-Partialdruck.
- Dies ist der Grund, weshalb bei Patienten mit chronischem Asthma
bronchiale bei einer Beatmung mit Sauerstoff,
die Gefahr besteht nun auch noch den peripheren Atemantrieb außer
Kraft zu setzen und somit einen Atemstillstand zu provozieren.
- Der arterielle pH-Wert oder eine Hypoxie
wirken dagegen nur auf periphere Chemorezeptoren.
- Den O2-Partialdruck messen Chemorezeptoren an Aorta
und den Karotiden (Glomera aortica bzw. Glomera carotica). Fällt er
ab, wird über Bahnen im Nervus vagus und Nervus glossopharyngeus das
Atemzentrum zu einer verstärkten Atmung angeregt. Auch ein Anstieg
des CO2-Partialdrucks und des pH-Wertes werden hier
registriert.
- Der Abfall des O2-Partialdrucks unter 13 kPa führt zu einer
starken Steigerung der Impulsfrequenz der Sensoren. Diese Abhängigkeit
wird noch stärker ausgeprägt, wenn gleichzeitig der CO2-Partialdruck
und/oder die H+-Konzentration im Blut
erhöht ist.
- Durch die gesteigerte Atmung wird vermehrt CO2
ausgeschieden, was den CO2-Partialdruck und die H+-Konzentration
im senkt.
- Über Mechanosensoren wird die Tiefe der einzelnen Atemzüge erfasst; so
vermitteln die Lungendehnungssensoren in der Wand von Trachea und
Bronchien den Hering-Breuer-Reflex.
- Außerdem melden Mechanosensoren im Bewegungsapparat eine erhöhte
Muskeltätigkeit und steigern durch Mitinnervation des Rhythmusgenerators
das Atemzeitvolumen.
- Neben den bisher genannten Atemreizen gibt es auch noch eine Reihe
weiterer, nicht rückgekoppelter Atemreize, die wichtige modulatorische
Einflüsse auf den Grundrhythmus der Atmung haben.
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