In Kürze

Lungenatmung
Für die Lungenatmung in Ruhe und bei Arbeit gilt:

• Das maximale Atemzugvolumen, genannt Vitalkapazität, wird auch bei extremer körperlicher Beanspruchung nicht ausgeschöpft.
• Atmung geschieht immer in Atemmittellage, in Ruhe sind beim gesunden Erwachsenen ca. 14 Atemzüge zu je 500 ml normal (7 l/min), bei Arbeit kann dies auf 40 Atemzüge zu je 2 l ansteigen (80 l/min).
• Die Einatmung geschieht gegen den Widerstand des elastischen Lungengewebes und den Atemwegswiderstand über Hebung des Brustkorbs und Senkung des Zwerchfells. Die dazu nötige Arbeit wird von den Inspirationsmuskeln geleistet. Die Ausatmung ist in der Regel passiv.
• Psychische Prozesse verändern markant das Atemverhalten.
  

Der Gasaustausch in der Lunge und der Transport der Atemgase im Blut

• ist in der Lunge passiv entlang den Partialdrucken des Sauerstoffs und des Kohlendioxids. Das funktionelle Residualvolumen der Lunge stellt dabei sicher, dass die Partialdruckdifferenzen ausreichend konstant sind;
• erfolgt im Blut für den Sauerstoff mit Hilfe des Blutfarbstoffs Hämoglobin, der dafür in der Lunge vollständig in Oxyhämoglobin umgewandelt wird, wodurch 100 ml Blut rund 20 ml Sauerstoff transportieren können;
• erfolgt im Blut für das Kohlendioxid hauptsächlich nach Umwandlung in Kohlensäure durch die Karboanhydrase, kleinere Anteile werden ans Hämoglobin gebunden und sind physikalisch im Plasma gelöst.

Atemantrieb
Der nervöse Antrieb der Atmung wird durch Neuronenpopulationen im Hirnstamm (»Atemzentren«) unterhalten. Sie produzieren den primären Atemrhythmus, der an die jeweiligen Erfordernisse angepasst wird.

• Dehnungsrezeptoren im Lungengewebe und den Inspirationsmuskeln hemmen bei Einatmung die »Inspirationsneurone« in den Atemzentren und leiten dadurch die Ausatmung ein.
• Zentrale und periphere Chemosensoren messen die Partialdrücke des Kohlendioxids und die Protonenkonzentration (pH-Wert) in Blut und Extrazellulärflüssigkeit und regeln die Atemtiefe und -frequenz so ein, dass diese Werte im Normbereich bleiben.
• Der Sauerstoffpartialdruck wird zwar auch gemessen, spielt aber nur unter pathophysiologischen Umständen eine Rolle.
• Als unspezifische Atemantriebe gelten physische und psychische Einflüsse auf die Atmung.

Der Energieumsatz des Menschen

• folgt den physikalischen Gesetzen der Erhaltung der Energie der unbelebten Natur,
• lässt sich unter standardisierten Bedingungen (z. B. Grundumsatzbedingungen) messen,
• steigt bei körperlicher und geistiger Arbeit deutlich an, ebenso bei Nahrungsaufnahme, in zu kalter und zu warmer Umgebung und bei Fieber,
• muss durch Nahrungsaufnahme gedeckt werden, wobei zu berücksichtigen ist, dass Fette einen etwa doppelt so hohen Brennwert wie Kohlenhydrate und Eiweiße haben,
• ist dann optimal, wenn dabei das Körpergewicht konstant bleibt.

Prozesse der Wärmebildung und Wärmeabgabe
Der Mensch ist homoiotherm, d. h. er muss eine in etwa konstante Körpertemperatur sicherstellen. Dies geschieht über die Prozesse der Wärmebildung und Wärmeabgabe.

• Reicht die Wärmebildung durch die Stoffwechselprozesse der Organe nicht aus, wird Wärme durch Bekleidung und Absenken der Körperschalentemperatur (verringerte Hautdurchblutung) zurückgehalten und zusätzliche Wärme durch Zittern und zitterfreie Wärmebildung gebildet.
• Ist die Wärmebildung größer als für die Homoiothermie erforderlich, wird die Wärme v. a. durch Schwitzen verbunden mit verstärkter Hautdurchblutung und erhöhter Wärmestrahlung abgeführt.
• Schwitzen verändert durch die Durchfeuchtung der Haut auch deren elektrischen Widerstand. Emotionales Schwitzen kann daher über dessen Messung erfasst werden. Hautleitfähigkeitsmessungen sind daher eine wichtige Methode der Psychophysiologie.

Regelung der Körpertemperatur
Die Regelung der Körpertemperatur erfolgt über vermaschte Regelkreise.

• Als Messfühler dienen äußere (in der Haut gelegene) und innere Thermosensoren (an verschiedenen Stellen im ZNS), die teils auf steigende (Warmsensoren), teils auf sinkende Temperaturen (Kaltsensoren) ansprechen.
• Die neuronalen Zentren für die Thermoregulation liegen im hinteren Hypothalamus in der Nähe und in Zusammenarbeit mit anderen lebenswichtigen Kontrollzentren (z. B. für zirkadiane Periodik, Hunger und Durst).
• Vegetative und somatosensorische Anteile des Nervensystems beteiligen sich gemeinsam an der Ansteuerung der verschiedenen Stellglieder der Thermoregulation (wie Regelung der Hautdurchblutung, Muskelzittern etc.).
• Fehlregulationen und Überforderungen der Thermoregulation, z. B. bei extremem Fieber, können zu Hitzekollaps und Hitzschlag führen, extreme Kältebelastungen (z. B. eiskaltes Seewasser) zum Absinken der Körpertemperatur in lebensgefährliche Bereiche (Herzflimmern bei Körpertemperaturen um 26-28°C).