Grundprinzip und Bedingungen
Die Atmung gehört zu den grundlegenden Funktionen von Mensch und Tier. Durch das Atmen kann ein Organismus Sauerstoff, den er zum Überleben unbedingt benötigt, aufnehmen. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Tracheen-, Lungen- und Kiemenatmung. Allgemein gesagt, haben Fische Kiemen, Insekten Tracheen und die meisten anderen Tiere und der Mensch eine Lunge. Damit diese Lungenatmung funktioniert, müssen besondere günstige Bedingungen vorliegen. Zu diesen zählen kurze Diffusionswege, die Fähigkeit, gebundenen und gelösten Sauerstoff zu tragen, die Konvektion, also gerichtete Strömung, des Blutes und Filter- sowie Pumporgane. Mit diesen Bedingungen kann ein Organismus Luft aufnehmen, Sauerstoff herausfiltern und ihn anschließend zu den Organen transportieren.
Erythocyt
Blutbahn
Biomembran
Sauerstoffmolekül
Atmung beim Menschen
Bei Menschen erzeugen die Pumpen Herz, Lunge und Zwerchfell die nötige Konvektion durch die Adern.
Der Atemgastransport erfolgt beim Menschen durch Konvektion und Diffusion. Zunächst atmet der Mensch Luft durch Nase und Mund ein. Diese Luft strömt gerichtet in die Lunge. Dort diffundiert der Sauerstoff ins Blut. Das Blut transportiert den Sauerstoff über die Blutbahnen durch den Körper zu den Zellen. In die Zellen gelangt der Sauerstoff dann wieder durch Diffusion.
- Erythocyt
- Blutbahn
- Biomembran
- Sauerstoffmolekül
Luftbahn
Menschliche Zelle
Atemluft
Bohr-Effekt
Der Austausch von Sauerstoff (O2) und Kohlenstoffdioxid (CO2) in den Kapillaren zwischen Aterien und Venen wird durch den Bohr-Effekt erleichtert. Dieser Effekt umschreibt die sinkende Affinität von Sauerstoff zu Hämoglobin (sauerstoffbindender und farbgebender Stoff der Erythocyten), wenn die CO2-Konzentration steigt und der pH-Wert sinkt. In den Kapillaren ist genau dies der Fall: Das betreffende Organ gibt CO2 ab. Die CO2-Konzentration in den Kapillaren steigt und der pH-Wert sinkt, die Sauerstoffaffinität des Hämoglobin sinkt, Sauerstoff wird abgeben. Das CO2 fließt mit den sauerstoffarmen Erythocyten zurück zur Lunge. Dort geschieht exakt das Gegenteil. Das Kohlenstoffdioxid diffundiert aus dem Blut in die Lunge. Die Kohlenstoffdioxid-Konzentration im Blut sinkt dabei. Entsprechend steigt die Affinität von Hämoglobin zu Sauerstoff zurück auf ein normales Level. Es kann also neuer Sauerstoff an das Hämoglobin gebunden werden.
