Athmung

Atmen

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Zellenatmung: enzymatische Stoffwechselprozesse, die der Energieerzeugung in der Zelle dienlich sind und in der Regel den Sauerstoffverbrauch erhöhen und Kohlenstoffdioxid erzeugen, Gasaustausch: Sauerstoffaustausch und Kohlendioxidaustausch mit der Umwelt und deren Beförderung im Körper. Eine weitere Unterscheidung wird in der Tiermedizin getroffen: die interne Atmung: der Stoffaustausch von Kohlenstoff und Stickstoff zwischen dem Körper oder einer anderen Flüssigkeit und den Körperzellen.

Unter dem Begriff der äußeren Respiration werden der Austausch mit der Umwelt und die sie begleitenden Transportvorgänge zusammengefaßt. Man unterscheidet folgende Variationen, die auch in Verbindung auftreten können: die Hautirritation, bei der der Gaswechsel mit Flüssigkeit oder mit Sauerstoff über die ganze Körperfläche stattfindet, die Rippenatmung, bei der der Gaswechsel mit Flüssigkeit über feine, blutdurchströmte Hautausbuchtungen stattfindet, die Rippen.

Atmung durch die Lunge: Aus den Luftsäcken wird Luftsauerstoff an die Kapillare abgelassen. Unterschiedliche Variationen der Atmung bei knöchernen Fischen, des Gasaustauschs von pflanzlichen Stoffen über die Spaltöffnungen, der Plastronatmung oder "physikalischen Kiemen" bei Wasserinsekten, der Gasverteilung zu den Zielzelle in der Atemflüssigkeit (Blut oder Lymphe), in der Regel mit Hilfe von Vektoren zum Sauerstofftransport (Hämoglobin oder Hämocyanin), gelegentlich auch zellular ("Erythrozyten").

Die Gasaustausche erfolgen immer in erster Linie durch Ausbreitung. In multizellulär unterschiedlichen Lebewesen sind oft besondere Organen für den Austausch von Gasen im Rahmen der Außenatmung mitverantwortlich. Der Lungenflügel ist für den Gaswechsel ergonomisch optimal, da er eine große Fläche mit einem kleinen Diffusionsweg durch die Atemwege hat (siehe erstes Fick'sches Gesetz).

Die Diffusion von Kohlendioxid ist 20-mal besser als die von Sauerstoff: Obwohl der Streukoeffizient für Kohlendioxid in der Alveolarmembran aufgrund der grösseren Molekülgrösse etwas geringer ist, ist die Wasserlöslichkeit 24-mal grösser, was eine ebenso grosse Konzentrationsdifferenz ausmacht. Vertieftes Atmen steigert den Partialdruck in den Lungenbläschen, was den Unterschied in der Konzentration und damit die Diffusionsrate vergrößert.

Zur symptomatischen Behandlung von Gaswechselstörungen wird die Verabreichung von Luftsauerstoff durchgeführt. Aerobes Atmen war nur möglich, da Elementarsauerstoff in der Luft und im Trinkwasser vorhanden war. Ihre Entstehung geht auf die ersten fotosynthetisch wirksamen Prokaryonten zurück, vermutlich Vorstufen heutiger Cyanobakterien. Vor und in einer sauerstoffarmen Umwelt kann/kann nur anaerobes Atmen erfolgen, in dem andere Stoffe die Funktion von Luftsauerstoff einnehmen.

Nur bei den Prokaryonten findet eine unangenehme Beatmung statt. Eukaryonten können nur als Oxidationsmittel verwendet werden; in sauerstofffreier Umgebung können sie nur durch Fermentation Strom erzeugen. 3] Die meisten Eukaryonten sind daher auf aerobes Atmen angewiesen (obligat aerobes Atmen). Hefe hingegen, die auch Eukaryonten sind, können allein durch Fermentation (optional anaerob) ohne Luft auskommen.

Als Beispiel für den Ausnahmefall, dass Eukaryonten die Sauerstoffverwertung eingebüßt haben und daher obligatorisch sind, seien die auf die Verwendung von Cellulose spezialisierten und in den pansenartigen Organismen der Wiederkäuer lebenden Eukaryonten genannt. 4] Unter den Prokaryonten ist Escherichia coli ein Beispiel für einen Wechsel zwischen der aeroben und anaeroben Einatmung.

Aerobe Beatmung erfordert den Einsatz von Luftsauerstoff. Die wesentlichen Unterschritte der Glycolyse und des Zitratzyklus sind drei unterschiedliche oxydierende Decarboxylationen, bei denen Kohlenstoffdioxid frei wird und ReduktionsÄquivalente in Gestalt von NADH erhalten werden, die der Respirationskette zugeleitet werden. Die bei der Anaerobie, die nur bei Prokaryonten auftritt, werden die durch die Oxydation eines Wärmeträgers erhaltenen Ionen anstelle von Luftsauerstoff auf andere äußere, reduktionsfähige Träger überführt.

Lediglich eine Selektion von anaeroben Respirationstypen wurde in die Liste übernommen (siehe auch anaerobe Respiration): Fotoautotrophe Lebewesen (Pflanzen im weiteren Sinne), die ihre Lebensenergie durch Fotosynthese beziehen, deckten ihren Bedarf auch durch anaerobe Respiration, wenn keine Fotosynthese möglich ist, also in der Nacht und in Teil- bzw. Entwicklungsphasen, die keine Aktivchloroplasten (wie z. B. Wurzel oder Keimkörner ) haben.

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Spektrum, Heidelberg 1999. Dieser Beitrag beschäftigt sich mit einem Thema der Gesundheit.

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