1. Die eigentliche Atmung muss mechanisch gesteuert werden. Es muss eingeatmet, ausgeatmet und dabei ein bestimmter Atemrhythms eingehalten werden.

2. Die Blutgase, also Sauerstoff und Kohlendioxid, müssen in einem Normbereich gehalten werden. Diesen Vorgang bezeichnet man auch als "chemische Regulation" der Atmung.

• Das Inspiratorische Zentrum liegt im verlängerten Mark und sorgt für einen Grundrhythmus der Atmung. Es ist leicht zu erraten, was dieses Zentrum während der Expiration, also der Ausatmung tut. Richtig vermutet: es ruht.
• Das Pneumotaktische Zentrum befindet sich in der Brücke. Seine Aufgabe ist es, die Einatmung zu begrenzen. Sinnbildlich funkt dieses Zentrum "Hey die Lungen sind jetzt aber voll, Einatmung bitte beenden!" an das Inspiratorische Zentrum.
• Ausatmung: Das Inspiratorisches Zentrum hat die Anweisung des Pneumotakischen Zentrums verstanden und - schweigt. Die Ausatmung selbst erfolgt passiv.
• Das Expiratorische Zentrum ist im Normalfall inakaktiv; es ruht einfach so vor sich hin. Rege wird es erst, wenn die Ausatmung beschleundigt werden soll (z.B. wenn Sie schnell laufen und mehr Luft durch die Lungen gepumpt werden muss). Jetzt erfolgt der Auftritt des Expiratorischen Zentrums, das im im verlängerten Mark zu finden ist. Es stimmuliert die Ausatemmuskeln, die Luft mit Kraft aus der Lunge zu pressen.

Bis zu dieser Stelle wurde erklärt wie ein Atemzug funktioniert. Wie jedoch wird der Sauerstoffgehalt und der Kohlendioxidgehalt im Blut auf einem konstanten Wert gehalten?

Zu Punkt 2, der "chemischen Regulation" der Atmung:

Chemische Regulation der Atmung

• Kolendioxid: Der Gehalt an Kohlendioxid, also CO₂, im Blut hat den größten Einfluss auf den Atemantrieb. Steigt der Kohlendioxidgehalt des Blutes an, wird die Atmung in Frequenz und Tiefe gesteigert, - der Körper versucht Kohlendioxid abzuatmen. Dies funktioniert jedoch nur bis zu einem gewissen CO₂. Steigt das CO₂ sehr hoch, z.B. auf einen p_aCO₂ um 100 mmHG (Werte um die 40 mmHG im arteriellen Blut sind normal), kommt es zu einer sogenannten CO₂ Narkose. Was letztendlich zu einem Atemstillstand führt.
• Wasserstoffionen-Konzentration: - oder einfacher ausgedrückt der pH-Wert des Blutes (normal sind Werte zwischen 7,38 und 7.42).
  Steigt die Wasserstoffionen-Konzentration in Blut und Gewebe (Dies wird als "Azidose" bezeichnet, womit eine Verschiebung des pH-Wertes in den "saueren" Bereich gemeint ist.), wird die Atmung gesteigert.
  Sinkt die Wasserstoffionen-Konzentration (Dies wird als Alkalose bezeichnet, womit eine Verschiebung des pH-Wertes in den "basisischen" Bereich gemeint ist), so wird die Atmung vermindert.
  Die Wirkung ist jedoch nicht so ausgeprägt, wie bei Veränderungen des Kohlendioxidgehaltes im Blut. Ein Anstieg des Kohlendioxidgehaltes im Blut führt zu einer Zunahme der Wasserstoffionen-Konzentration in Blut und Gewebe.
• Sauerstoff: Der Sauerstoffgehalt des Blutes hat unter Normalbedingungen recht wenig Einfluss auf die Atmung. Nur ein starkes Absinken des Sauerstoffgehaltes im arteriellen Blut, Werte unter 50 mmHg (normal sind Werte knapp unter 100 mmHG), führt zu einem stark gesteigerten Atemantrieb.

So funktioniert die Atmung, so wird sie gesteuert.

• Mit der Einatmung gelangt Frischluft in die Alveolen. Die Konzentration des Sauerstoffs in der Einatemluft ist höher als die im venösen Körperblut. Sauerstoff diffundiert (Stoffe wandert durch eine Membran einem Konzentrationsgefälle folgend) durch die dünnen Häute der Alveolen ins Blut (Bild).

So gelang das Kohlendioxid in die Ausatemluft:

• Im Rahmen der Stoffwechselfunktionen des Körpers entsteht als Abfallprodukt Kohlendioxid. Dieses wird über die Lunge abgeatmet. Das sauerstoffarme Blut, das die Alveolen umspült, ist angereichert mit Kohlendioxid. Die Konzentration von Kohlendioxid im Blut ist höher als in der Einatemluft. Das Kohlendioxid diffundiert dem Konzentrationsgefälle folgend in die Alveolen und wird mit der Ausatmung an die Umwelt abgegeben (Bild).

Transport von Sauerstoff und Kohlendioxid im Blut:

• Sauerstoff wird im Blut zu 97% an das Hämoglobin der Erythrozyten gebunden und auf diese Weise zu den Organen transportiert. Nur der sehr geringe Teil von 3 % ist im Blut gelöst. Diese Teil wird als p_aO₂ in der arteriellen Blutgasanalyse angezeigt.
• 70% des Kohlendioxids diffundiert in die Erythrozyten und verbindet sich dort mit Wasser zu Bicarbonat. In der Lunge wird diese Verbindung durch ein Enzym wieder gelöst und Kohlendioxid kann abgeatmet werden. Ein weiterer Teil des Kohlendioxids bindet sich vorübergehend an Eiweiße. Ein sehr geringer Teil ist physikalisch gelöst; dieser Anteil wird In der arteriellen Blutgasanalyse als p_aCO₂ gemessen.

Einflussfaktoren auf die Diffusion:

Wie gut oder wie schlecht die Gase in der Lunge diffundieren, hängt von folgenden grundlegenden Faktoren ab.

• der Diffusionsstrecke. Ist die Membran, durch die ein Gas diffundiert verdickt (z.B. durch ein Ödem), ist die Diffusionstrecke verlängert. Der Gasaustausch ist erschwert. Dies ist beispielsweise bei einem Lungenödem der Fall.
• der Diffusionsfläche. Je größer die Fläche, durch die ein Gas diffundieren kann, desto leichter ist die Diffusion. Ist die Gasaustauschfläche verkleinert (z.B. bei einer Lungenteilresektion), behindert dies die Diffusion und damit den Gasaustausch.
• der Partialdruckdifferenz. Gemeint ist das Konzentrationsgefälle der Gase an beiden Seiten der Membran. Ist dieses Gefälle groß, also viel Sauerstoff in der Einatemluft und wenig im Blut, diffundiert das Gas sehr schnell. Ist das Gefälle gering geht die Diffusion langsam vonstatten.
• der Diffusionszeit. Einfach und logisch: Auch die Gase brauchen ein Zeit, um durch die Membranen zu wandern. Ist diese Zeit verkürzt (z.B. bei hechelnder Atmung), kann nur wenig Gas - auf die Schnelle - durch die Membranen diffundieren.
• dem Gasaustauschkoeffizienten. Nicht alle Gase durchwandern eine Membran gleich gut. So diffundiert z.B. Kohlendioxid zwanzig mal schneller durch die Membranen zwischen Blut und Alveolen, als Sauerstoff.

Das war der Gasaustausch.