Atmung, Blut und Herz-Kreislauf-System
Du sprintest los. Schon nach wenigen Sekunden atmest du schneller, dein Herz klopft, und dein Gesicht wird rot. Deine Muskeln brauchen jetzt viel mehr Sauerstoff und Nährstoffe als in Ruhe.
Wie kommt der Sauerstoff aus der Luft bis in den Wadenmuskel? Wie schafft es das Blut, jede Zelle zu versorgen? Und was geschieht, wenn Gefäße verstopfen?
Du kennst Lunge, Herz und Blut aus früheren Jahren. Jetzt erfährst du genauer, wie sie zusammenarbeiten.
Brustatmung und Bauchatmung
Die Lunge hat keine Muskeln. Sie wird von Muskeln um sie herum bewegt. Es gibt zwei Arten der Atembewegung, die meist gemeinsam ablaufen:
- Bei der Brustatmung heben Muskeln zwischen den Rippen die Rippen. Der Brustkorb weitet sich nach vorn und oben.
- Bei der Bauchatmung zieht sich das Zwerchfell zusammen und senkt sich. Es drückt die Organe im Bauch nach unten, und die Bauchdecke wölbt sich vor.
In beiden Fällen wird der Brustraum größer. Der Druck in der Lunge sinkt, und Luft strömt ein, ähnlich wie bei einem Blasebalg. Die Luft gelangt nicht in den Bauch, nur die Bauchdecke wölbt sich. Ausatmen geht in Ruhe von selbst: Die Muskeln erschlaffen, und Brustkorb und Lunge federn zurück.
Gasaustausch in den Lungenbläschen
Die Luft strömt durch Nase, Rachen, Luftröhre und Bronchien bis in die Lungenbläschen. Die Wand eines Lungenbläschens und die Wand der Blutgefäße um es herum sind zusammen nur eine hauchdünne Schicht. Hier geschieht der Gasaustausch durch Diffusion: Teilchen wandern von dem Ort mit vielen Teilchen zu dem mit wenigen.
- In der Luft im Bläschen ist viel Sauerstoff, im ankommenden Blut wenig. Sauerstoff geht ins Blut.
- Im ankommenden Blut ist viel Kohlenstoffdioxid, in der Luft im Bläschen wenig. Kohlenstoffdioxid geht in die Luft und wird ausgeatmet.
Die Ausatemluft enthält etwa 17 von 100 Teilen Sauerstoff, die Einatemluft etwa 21. An den Körperzellen läuft der Austausch umgekehrt: Dort ist Sauerstoff knapp, weil die Zellatmung ihn verbraucht, also geht er aus dem Blut in die Zellen. Kohlenstoffdioxid geht aus den Zellen ins Blut.
Blut: Bestandteile und Aufgaben
Blut besteht aus einer Flüssigkeit und darin schwimmenden Zellen. Die Zahlen sind ungefähre Werte für einen Erwachsenen. Ein Kubikmillimeter ist ein winziger Tropfen.
| Bestandteil | Wie viel | Aufgabe |
|---|---|---|
| Blutplasma | etwas mehr als die Hälfte des Bluts, großenteils Wasser | Es transportiert Nährstoffe, Kohlenstoffdioxid, Wärme und Botenstoffe. Es enthält Gerinnungsstoffe. |
| Rote Blutkörperchen | etwa 5 Millionen je Kubikmillimeter | Sie sind dellenförmige Scheiben ohne Zellkern. Der rote Blutfarbstoff Hämoglobin bindet in der Lunge Sauerstoff und gibt ihn im Gewebe ab. |
| Weiße Blutkörperchen | etwa 5000 bis 10 000 je Kubikmillimeter | Abwehr von Krankheitserregern |
| Blutplättchen | etwa 250 000 je Kubikmillimeter | Gerinnung |
Rote Blutkörperchen leben etwa vier Monate und werden im Knochenmark neu gebildet. Bei der Gerinnung kleben Blutplättchen an der Wunde zusammen. Gerinnungsstoffe im Plasma bilden ein Netz aus Fäden, in dem sich Blutkörperchen verfangen. So entsteht ein Pfropf, der als Schorf trocknet und die Wunde verschließt.
Zu den Blutgruppen gehört neben dem AB0-System aus der Lektion zur Immunabwehr der Rhesusfaktor, ein weiteres Antigen auf den roten Blutkörperchen. Wer es hat, ist rhesus-positiv, wer es nicht hat, rhesus-negativ. Die meisten Menschen sind positiv. Eine vollständige Blutgruppe heißt zum Beispiel „A positiv“. Bei Transfusionen und in der Schwangerschaft prüft man auch den Rhesusfaktor.
Herz und Blutgefäße
Das Herz hat vier Hohlräume: den rechten und linken Vorhof, in die das Blut einströmt, und die rechte und linke Kammer, die es weiterpumpen. Eine Scheidewand trennt die rechte von der linken Hälfte. Herzklappen sind Ventile: Sie lassen das Blut nur in eine Richtung strömen. Der Herzmuskel wird von eigenen Gefäßen versorgt, den Herzkranzgefäßen.
| Gefäß | Richtung | Bau und Besonderheit |
|---|---|---|
| Arterie (Schlagader) | vom Herzen weg | dicke, muskulöse, elastische Wand, Blut unter hohem Druck, Puls fühlbar |
| Vene | zum Herzen hin | dünnere Wand, weiter Innenraum, Venenklappen verhindern das Zurückfließen. Muskeln pressen das Blut weiter. |
| Kapillare | zwischen Arterie und Vene | haardünne Gefäße mit einer Wand aus einer Zellschicht, in allen Geweben als Netz. Hier tauschen Blut und Zellen Stoffe aus. Das Blut fließt dort langsam. |
In den Kapillaren geben die roten Blutkörperchen Sauerstoff an die Zellen ab. Nährstoffe gehen aus dem Blut in die Zellen, Kohlenstoffdioxid und Abfallstoffe aus den Zellen ins Blut.
Der Blutkreislauf
Das Blut fließt in zwei Kreisläufen, die über das Herz verbunden sind (Doppelkreislauf). Eine Arterie führt immer vom Herzen weg, eine Vene immer zum Herzen hin, egal wie viel Sauerstoff im Blut ist.
| Weg des Blutes | Kreislauf | Sauerstoff im Blut |
|---|---|---|
| linke Kammer, Hauptschlagader, Arterien | Körper | reich |
| Kapillaren in Organen und Muskeln | Körper | Abgabe von Sauerstoff, danach arm |
| Venen, Hohlvene, rechter Vorhof, rechte Kammer | Körper zum Herzen | arm |
| Lungenarterie | Lunge | arm |
| Kapillaren der Lungenbläschen | Lunge | Aufnahme von Sauerstoff, danach reich |
| Lungenvenen, linker Vorhof, linke Kammer | Lunge zum Herzen | reich |
Wie viel Blut pumpt das Herz?
Wie viel Blut pumpt das Herz?
Bei jedem Schlag pumpt eine Herzkammer etwa 70 Milliliter Blut in die Schlagader. Das Herz schlägt in Ruhe etwa 70-mal in der Minute. Wie viel Blut pumpt es in einer Minute und in einer Stunde?
In einer Minute: 70 · 70 = 4900 ml. Das sind 4,9 Liter. Ein Erwachsener hat etwa 5 Liter Blut. Das Herz pumpt also in einer Minute etwa so viel Blut, wie der ganze Körper enthält.
In einer Stunde: 60 · 4,9 = 294 Liter.
Atemvolumen in Ruhe und beim Rennen
Atemvolumen in Ruhe und beim Rennen
Mit jedem Atemzug atmest du in Ruhe etwa 0,5 Liter Luft ein. Du atmest 15-mal in der Minute. Beim Rennen sind es angenommen 2 Liter je Atemzug und 30 Atemzüge je Minute. Wie viel Luft atmest du in einer Minute jeweils ein?
Menge je Minute = Menge je Atemzug mal Atemzüge je Minute.
In Ruhe: 0,5 · 15 = 7,5 Liter je Minute.
Beim Rennen: 2 · 30 = 60 Liter je Minute.
Beim Rennen atmest du 60 : 7,5 = 8-mal so viel Luft ein wie in Ruhe. Auch das Herz pumpt dann mehr Blut: Es schlägt schneller und kräftiger.
Gesunderhaltung: Arteriosklerose und Rauchen
Bei der Arteriosklerose (Gefäßverkalkung) lagern sich Fette und Kalk an der Innenwand der Arterien ab. Die Gefäße werden eng und starr, das Blut fließt schlechter, und es können sich Blutgerinnsel bilden. Verschließt sich ein Herzkranzgefäß, bekommt ein Teil des Herzmuskels keinen Sauerstoff mehr: Das ist ein Herzinfarkt. Verschließt sich ein Gefäß im Gehirn, ist es ein Schlaganfall. Bei Verdacht wählst du sofort den Notruf 112.
Das Risiko steigt durch Rauchen, Bewegungsmangel, Übergewicht, sehr fettreiche Ernährung und dauerhaft zu hohen Blutdruck. Rauchen schadet doppelt: Nikotin verengt Gefäße, und Rauchstoffe schädigen ihre Wand. Außerdem lagert sich Teer in der Lunge ab, und Kohlenstoffmonoxid verdrängt den Sauerstoff vom Hämoglobin. Vorbeugen kannst du mit Ausdauersport, ausgewogener Ernährung und indem du nicht rauchst. Ausdauersport macht das Herz kräftiger: Es pumpt je Schlag mehr Blut, und der Ruhepuls sinkt.
Zusammenwirken der Organsysteme
Kein Organsystem arbeitet allein. Beim Sprint zeigt sich das Zusammenspiel:
| Organsystem | Beitrag |
|---|---|
| Verdauungssystem | liefert Traubenzucker aus der Nahrung ins Blut |
| Atmungssystem | bringt Sauerstoff ins Blut und atmet Kohlenstoffdioxid aus |
| Herz-Kreislauf-System | transportiert Sauerstoff und Nährstoffe zu den Muskeln und holt Kohlenstoffdioxid ab |
| Muskeln | setzen in der Zellatmung Energie frei |
| Haut | gibt Wärme ab, die die Muskeln erzeugen |
Fällt ein Teil aus, leiden die anderen. Ein schwaches Herz fördert zu wenig Blut, und schon beim Treppensteigen entsteht Atemnot.
Arterien führen sauerstoffreiches Blut
Arterien führen sauerstoffreiches Blut
„In Arterien ist das Blut sauerstoffreich, in Venen sauerstoffarm.“
Arterien führen vom Herzen weg, Venen zum Herzen hin. Meist ist das Blut in den Arterien sauerstoffreich, aber die Lungenarterie führt sauerstoffarmes Blut zur Lunge und die Lungenvene sauerstoffreiches Blut zum Herzen.
Bauchatmung heißt Luft im Bauch
Bauchatmung heißt Luft im Bauch
„Bei der Bauchatmung gelangt die Luft in den Bauch.“
Luft geht nur in die Lunge. Bei der Bauchatmung senkt sich das Zwerchfell und drückt die Bauchorgane nach unten, darum wölbt sich die Bauchdecke vor.
Zusammenfassung
Brustatmung bewegt die Rippen, Bauchatmung das Zwerchfell. In beiden Fällen wird der Brustraum größer, und Luft strömt ein.
Der Gasaustausch geschieht durch Diffusion in den Lungenbläschen und in den Geweben: Teilchen wandern dorthin, wo es weniger davon gibt.
Blut besteht aus Plasma, roten Blutkörperchen (Sauerstofftransport), weißen Blutkörperchen (Abwehr) und Blutplättchen (Gerinnung).
Zur Blutgruppe gehören das AB0-System und der Rhesusfaktor.
Arterien führen vom Herzen weg, Venen zum Herzen hin. In den Kapillaren tauschen Blut und Zellen Stoffe aus.
Das Blut fließt im Körperkreislauf und im Lungenkreislauf. Die Herzklappen sorgen für eine Richtung.
Arteriosklerose verengt Arterien und kann zu Herzinfarkt oder Schlaganfall führen. Rauchen erhöht das Risiko. Atmung, Kreislauf, Verdauung und Muskeln arbeiten zusammen.
Übungen
Bei der Bauchatmung wölbt sich beim Einatmen der Bauch vor. Warum?
Welches Gefäß führt sauerstoffreiches Blut zum Herzen?
Eine Herzkammer pumpt bei jedem Schlag 60 Milliliter Blut. Das Herz schlägt 80-mal in der Minute. Wie viel Blut pumpt es in einer Minute, in Litern?
Du atmest 18-mal in der Minute, und jeder Atemzug bringt 0,5 Liter Luft. Wie viel Luft atmest du in einer Minute ein, in Litern?
Erkläre, warum die Wand der Kapillaren so dünn ist.
Beschreibe den Weg eines Sauerstoffteilchens von der Luft bis in eine Muskelzelle.