4.2.3. Steuerung der Atmung#
Die Atmung wird durch neuronale und chemische Mechanismen reguliert. Die zentrale Steuerung erfolgt über neuronale Netzwerke im Hirnstamm, insbesondere in Medulla oblongata und Pons. Diese erzeugen und modulieren den Atemrhythmus und integrieren zahlreiche zentrale und periphere Einflüsse.
Die chemische Atemregulation erfolgt über zentrale und periphere Chemorezeptoren. Unter physiologischen Bedingungen stellt CO₂ einen wesentlichen chemischen Regulator der Ventilation dar: Ein Anstieg des arteriellen Kohlendioxidpartialdrucks (PaCO₂) führt zu einer Steigerung des Atemantriebs und damit des Atemminutenvolumens (AMV). Aber: Bei chronischer Hyperkapnie (COPD) kommt es durch die Anpassung der Liquor-Bikarbonatkonzentration zu einer Abschwächung der zentralen CO₂-Antwort.
Der arterielle Sauerstoffpartialdruck (PaO₂) hat beim Gesunden im physiologischen Bereich einen vergleichsweise geringen Einfluss auf den Atemantrieb. Die enge Beziehung zwischen CO₂, Ventilation und pH-Wert wird unter Säure-Basen-Haushalt näher erläutert.
Der Sauerstoffpartialdruck spielt hinsichtlich des Atemantriebs nur eine untergeordnete Rolle! Bei ausgeprägter Hypoxämie, insbesondere bei einem PaO₂ unter etwa 60 mm Hg, steigt die ventilatorische Antwort jedoch deutlich an.
Neben Blutgasen und pH wird die Atmung durch zahlreiche weitere Einflüsse moduliert, beispielsweise:
willkürliche Steuerung
Schmerz
Körpertemperatur
psychische Erregung
Muskelarbeit und Bewegung
Reize von Mechanorezeptoren
arterielle Druckreize über Barorezeptoren
hormonelle und metabolische Einflüsse
Periphere Chemorezeptoren#
Die peripheren Chemorezeptoren befinden sich vor allem in den Glomera carotica im Bereich der Karotisbifurkation sowie in den Glomera aortica am Aortenbogen. Sie reagieren auf Veränderungen des arteriellen Sauerstoffpartialdrucks (PaO₂), des Kohlendioxidpartialdrucks (PaCO₂) und des pH-Wertes.
Die peripheren Chemorezeptoren reagieren sehr rasch auf Veränderungen der Blutgase. Von besonderer Bedeutung ist ihre Reaktion auf eine arterielle Hypoxämie. Bei einem deutlichen Abfall des PaO₂, insbesondere unter etwa 60 mm Hg, nimmt der Atemantrieb deutlich zu.
Auch ein Anstieg des PaCO₂ bzw. ein Abfall des pH-Wertes stimuliert die peripheren Chemorezeptoren und führt zu einer Steigerung der Ventilation.
Zentrale Chemorezeptoren#
Die zentralen Chemorezeptoren liegen im Bereich der Medulla oblongata und sind wesentlich an der Regulation der Ventilation durch CO₂ beteiligt.
CO₂ kann die Blut-Hirn-Schranke gut passieren. Im Liquor führt ein Anstieg des CO₂ über die Bildung von Kohlensäure zu einer Zunahme der H⁺-Konzentration und damit zu einem Abfall des pH-Wertes. Die zentralen Chemorezeptoren reagieren somit nicht unmittelbar auf den PaCO₂ des Blutes, sondern auf die dadurch hervorgerufene Veränderung der H⁺-Konzentration bzw. des pH-Wertes im ZNS.
Ein Anstieg des PaCO₂ führt unter physiologischen Bedingungen zu einer deutlichen Steigerung des Atemminutenvolumens (AMV). Innerhalb des physiologisch relevanten Bereichs besteht eine annähernd lineare Beziehung zwischen PaCO₂ und Ventilation.
Die zentralen Chemorezeptoren reagieren langsamer als die peripheren Chemorezeptoren, stellen jedoch einen wesentlichen Anteil der ventilatorischen Antwort auf CO₂ dar.