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status: final
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:::{index} single: Atemmechanik
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(atemhilfsmuskulatur)=
(atemmechanik)=

# Atemmechanik

:::{margin} Atemmechanik
-   Knöcherner Thorax und Pleurablätter
-   Atemmuskulatur: Zwerchfell, Zwischenrippenmuskeln
-   Atemhilfsmuskulatur
-   Elastische Eigenschaften von Thorax und Lunge
-   Unterdruck bei Einatmung
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Für die Atemmechanik ist ein gutes Zusammenspiel der maßgeblichen Bestandteile wichtig:

-   **knöchener Thorax**: Rippen, Wirbeln, Sternum
-   **Atemmuskulatur**:
    Der wichtigste Atemmuskel ist das *Zwerchfell* (Diaphragma).
    In Ruhe erledigt es fast die gesamte Atemarbeit.
    Bei verstärkter Atmung kommen die *Zwischenrippenmuskeln* zum Einsatz (Mm. intercostales interni et externi, Mm. scaleni).
-   **Atemhilfsmuskulatur**:
    Wird die Oberarmmuskulatur fixiert, z. B. durch Aufstützen, kann diese die Hebung des Brustkorbes unterstützen (Umkehrung Fixum—Mobile).
-   **Pleura**:
    Die Funktion der Pleura ist unter {ref}`pleura`, erklärt.


Durch das Zusammenspiel dieser Strukturen kann der Brustkorb bewegt und somit die Lunge *passiv* mitbewegt werden.
Aufgrund der einzelnen bewegenden Unterbestandteile kann man weiters den Atemmechanismus in zwei Anteile unterteilen:
einen *kostalen* Atemmechanismus (Rippen, Mm. intercostales, Mm. scaleni) und *diaphragmalen* Atemmechanismus (Diaphragma).
Zusätzlich können die *Atemhilfsmuskeln* die Atmung wenn nötig unterstützen.
Sie sind jedoch kein initialer Anteil der Atemmechanik.

Wenn man sich den Thorax annähernd als Zylinder vorstellt, so kommt es bei der Einatmung zu einer Vergrößerung des Querschnitts durch Heben der Zwischenrippenmuskulatur und Vergrößerung der Höhe durch Anspannung und Absenken des Zwerchfells:
Es kommt dadurch zu einer Vergrößerung des Volumens und zum **Ansaugen** von Luft.

$$
V = A \times h
$$

$$
\rm Volumen = Fläche \times Höhe
$$


:::{admonition} Synopsis
-   Der wichtigste Atemmuskel ist das *Zwerchfell*!
-   Die Ventilation erfolgt physiologisch durch Ansaugen der Atemluft (Unterdruck).
-   Ein bis zum Hals Verschütteter erstickt, da sich der Brustkorb nicht ausdehnen kann.
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:::{subfigure} AB|CC
:subcaptions: below
:name: Figure-BilderserieAtemmechanik
:class-grid: outline
:gap: 20px

Bilderserie: Atemmechanik [© Lena Hirtler, :term:`ℓ MfG`]

![Das *Diaphragma* ist der wichtigste Atemmuskel und trennt den Brust- und Bauchraum.](../../../Submodules/3134-medical-picture-collection/Hirtler-Lena/Thorax-Diaphragma.*)

![Bei der Einatmung senkt sich das Zwerchfell und der Brustkorb hebt sich.](../../../Submodules/3134-medical-picture-collection/Hirtler-Lena/Thoraxbewegung-frontal.*)

![Die Rippen folgen der Atembewegung.](../../../Submodules/3134-medical-picture-collection/Hirtler-Lena/Thoraxbewegungen-Rippe.*)

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:::{index} single: Atemzyklus
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:::{index} single: Exspiration
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:::{index} single: Inspiration
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(atemzyklus)=
(inspiration)=
(exspiration)=

## Resultat: Der Atemzyklus

Ein *Atemzyklus* besteht aus der Einatemphase (**Inspiration**) und der Ausatemphase (**Exspiration**).
Dabei kommt es zu einem Ungleichgewicht zwischen der nach außen gerichteten Zugkraft des Thorax und der nach innen gerichteten Zugkraft der Lunge.
Dieses Ungleichgewicht wird beim Einatmen zunächst von einer zusätzlichen Zugkraft des Zwerchfells und der äußeren Zwischenrippenmuskulatur hervor gerufen und anschließend beim Ausatmen durch Entspannung der Muskeln wieder abgebaut.

Während des Einatmens wird durch *aktive Bewegung des Zwerchfells* und der äußeren Zwischenrippenmuskulatur das *Volumen des Brustkorbs vergößert*.
Da die Lunge mit der lungenseitigen Pleura (Lungenfell) an der rippenseitigen Pleura (Rippenfell) *anhaftet*, folgt sie dieser Bewegung und somit wird auch das *Lungenvolumen vergrößert*.
Durch das Aufspannen der Lunge entsteht ein *Unterdruck*.
Dieser Druckunterschied wird durch einströmende Luft ausgeglichen:
Es erfolgt die *Einatmung*.
Da für das Einatmen Muskelarbeit verrichtet werden muss, nennt man das Einatmen auch *aktive Phase* der Atmung.

Das Ausatmen erfolgt normalerweise passiv (*passive Phase* der Atmung).
Das Zwerchfell und die äußere Zwischenrippenmuskulatur entspannen sich, wodurch sich das Thorax- bzw. Lungenvolumen auf das ursprüngliche Volumen verkleinert. [^feder]
Durch die Volumenverminderung steigt der Druck in der Lunge und die Luft strömt nach außen bis die Druckunterschiede zwischen Lunge und Umgebung wieder ausgeglichen sind.
Die Luft wird beim Ausatmen sozusagen wieder hinaus gedrückt.
Bei der {margin}`Forcierte Exspiration` *forcierten* Exspiration kann mit Hilfe der Abdominalmuskulatur die Ausatmung auch aktiv unterstützt werden.

[^feder]:
    Man denke an eine Feder, welche nachdem sie durch eine Zugkraft gedehnt wurde, nach dem Loslassen durch ihre eigene (elastische) Rückstellkraft wieder von selbst in die Ausgangslage zurück kehrt.