<< 02.11. Muskelphysiologie II | Index | 16.11. Atmung 2 >>


Äußere Atmung: Respiration

  • Respiration
    • O2-Aufnahme
    • CO2-Abgabe
  • Anpassungen zur verbesserten Respiration
    • Vergrößerung der Oberfläche
    • Vergrößerung des Konzentrationsgradienten
    • Verringerung der Austauschdicke
  • Sauerstoffbedarf
    • Mensch:
      • ca. 260kg O2 pro Jahr
      • ca. 200μl O2 pro g Körpergewicht pro Stunde (in Ruhe)
      • ca. 4000μl O2 pro g Körpergewicht pro Stunde (bei Aktivität)
    • Rubner-Regel
      • größere Lebewesen haben realtiv geringeren Energieumsatz
      • bezogen auf Körperoberfläche konstant: ca. 1000 Kcal/m2
  • Gasgesetze
    • Formelsymbole:
      • p -- Druck
      • Pg -- Partialdruck von Gas g
      • V -- Volumen
      • n -- Stoffmenge (in Mol)
      • R -- universelle Gaskonstante (8,314472 J mol-1 K-1)
      • α -- Löslichkeitskoeffizient (abh. von Stoff und Lösungsmittel)
      • T -- Temperatur (in Kelvin)
    • Allgemeine Gasgleichung: p V = n R T
    • Gasdruck eines Gasgemisches ist Summe der Partialdrücke der einzelnen Gase:
      Pges = P1 + P2 + ... + Pn
    • Löslichkeit von Gasen im Wasser: Vg = α Pg VH2O
  • Verfügbarkeit von O2 in Luft/Wasser
    • O2-Gehalt
      • Luft: 20,95% O2
      • Süßwasser: 1,02% (0°C) bis 0,65% (20°C) O2
      • Meerwasser: 0,80% (0°C) bis 0,53% (20°C) O2
    • Wasseratmung viel mehr Arbeit
    • CO2 sehr gut wasserlöslich, kann dort leicht abdiffundieren
    • Manche Zugvögel überfliegen Himalaya in 10km Höhe: O2-Gehalt dort nur noch 4,6%
  • Diffusion und Atmung
    • Formelsymbole:
      • Kx -- Diffusionskonstante für Gas x
      • F -- Fläche für den Gasaustausch
      • dU -- Partialdruckgradient (Steilheit des Konzentrationsgradienten)
      • L -- Diffusionsstrecke
    • Diffusionsgesetz (Ficksches Gesetz modifiziert nach Krogh):
      ´Mx = Kx F dU L-1
=> Dicke eines Organismus, der nur durch Diffusion atmet, begrenzt auf ca. 2mm
  • Spezielle Gasaustausch- und Kreislaufsysteme
    • Organe zum Gastransport: Blut und Kreislaufsystem
    • Organe zum Gasaustausch: Lungen, Kiemen oder Tracheen (z. T. auch über die Haut, z. B. bei Fröschen und Amphibien)
  • Kiemen der Wasseratmer
    • Kiemen: Ausstülpungen nach außen => Wasseratmung
    • Bei manchen Tieren (z. B. Molchen, Kaulquappen) liegen Kiemen ungeschützt frei (externe Kiemen)
    • Bei den meisten Tieren sind Kiemen unter Klappen o. ä. geschützt (interne Kiemen)
      => Müssen dann gut umspült werden
    • Meistens unidirektionale Atmung ("vorne rein, seitlich raus"), Ausnahme hiervon: Seegurke (bidirektionale Atmung)
      • Pumpventilation:
        • Wasser wird bei geöffnetem Mund eingeatmet
        • Wasser wird bei geschlossenem Mund durch die Kiemendeckel nach außen gepresst
        • Bsp.: Goldfisch
      • Staudruckventilation
        • Durch Schwimmen bei teilweise geöffnetem Maul strömt Wasser durch den Mund über die Kiemen nach außen
        • Vorteil: Spart Energie, da keine Pumpbewegung nötig
        • Tiere ersticken aber i. d. R. nicht, wenn sie nicht schwimmen
        • Bsp.: Elasmobranchier (Haie, Rochen)
    • Gegenstromprinzip? von Wasser- und Blutstrom in den Kiemen
      • Höherer Konzentrationsgradient über die gesamte Austauschfläche entlang des Stroms
      • Dadurch Wesentlich effizienterer Gasaustausch
    • Aktivere Fische haben eine größere Kiemenfläche
  • Lungen der Luftatmer
    • Lungen: Einstülpungen nach innen => Luftatmung
    • Bei Mammaliern ist das Verhältnis von Lungenvolumen zur Körpergröße konstant (5 bis 7% des Körpervolumens)
    • Lungenoberfläche beim Menschen: ca. 140m2
    • Atemmechanik: Druck-Saug-Pumpe
    • Gasaustausch in der Lunge erfolgt in den Alveolen
      • Tragen zur starken Vergrößerung der Lungenoberfläche bei
      • Extrem dünnwandig (=> kurze Diffusionsstrecke)
      • Von Kapillaren umgeben
      • Gasaustausch am Erythrozyten in den Alveolen dauert nur ca. 0,25 Sekunden
    • Spezialisierte Vogellunge
      • Mehrerer Luftsäcke um die Lunge herum
      • Senkrechte Anordnung von Luftstrom zu den Blutgefäßen
      • Kreuzstromprinzip?: Ähnlich Gegenstromprinzip, erhöht die Effizienz der Sauerstoffaufnahme (teilweise Effekt wie unidirektionale Atmung)
    • Wale und Robben
      • Haben kleine Lungen, da beim Tauchen durch den hohen Druck Stickstoff ins Blut gehen und beim Auftauchen ausperlen würde
      • Binden stattdessen den O2-Vorrat an Hämoglobin
  • Tracheen der Insekten
    • Geringe Diffusionsgeschwindigkeit von Gasen in Wasser
    • In Trachen 100-fach schnellere Diffusion
    • Müssen bis zu jeder einzelnen Zelle reichen
    • Müssen verschließbar sein, damit Organismnus nicht zuviel Wasser verliert
    • Gasaustausch:
      • Diffusion aufgrund des aufgenommenen O2 und des abgegebenen CO2 (Konzentrationsgradient) (passiv)
      • Ventilation durch Körperbewegungen (aktiv)
    • Spezialisierte Insekten nutzen Tracheen unter Wasser
      1. Möglichkeit: Mitgeführte Luftblase dient als "physikalische Kieme"
        • Passiver Gasaustausch mit dem Wasser aufgrund des Konzentrationsgradienten zw. Luftblase und Wasser, den das Insekt durch O2-Aufnahme bzw. CO2-Abgabe schafft
      2. Möglichkeit: Hydrophobe Haare bilden dünne Luftschicht um den Körper herum
        • Plastronatmung

Nach oben

Zuletzt geändert am 17 Juni 2009 09:56 Uhr von chrschn