Lerntext Atmung für die Jahrgangsstufen 5 oder 6

Roland Heynkes, 12.12.2015

Auf dieser Seite sammle ich zum Nachlesen und Lernen, was ich bei meiner Unterrichts-Vorbereitung an thematischen Vorgaben in Schulbüchern und inhaltlich in richtigen Fachbüchern, wissenschaftlichen Dokumentationen und wissenschaftlicher Primärliteratur finde. Was davon glaubwürdig und korrekt ist, versuche ich aufgrund meiner Fachkompetenz als Diplombiologe zu beurteilen. Zur Veranschaulichung nutze ich mit Creative-Commons-Lizenzen oder als Pulic Domain freigegebene grafische Darstellungen oder stelle selbst her, was ich im World Wide Web nicht finde.

Gliederung

zum Text Grundsätzliches
zum Text Was wir über die Luft wissen sollten
zum Text Der Luftweg
zum Text Der menschliche Brustkorb
zum Text Die Rippenatmung
zum Text Die Bauchatmung
zum Text

Grundsätzliches nach oben

Wie alle Tiere braucht auch der Mensch Sauerstoff, um genügend Energie aus seiner Nahrung zu gewinnen. Im Gegensatz zu Fischen und Insekten benutzen wir unsere Lungen, um Sauerstoff in unser Blut zu bekommen. Zu diesem Zweck füllen wir unsere Lungen mit Luft. Unsere Lungen besitzen aber keine Muskeln, mit deren Hilfe sie selbst Luft und damit auch Sauerstoff einatmen könnten. Sie ähneln einem Schwamm, den man zusammendrücken und auch ein wenig auseinander ziehen kann. Allerdings werden unsere Lungen nicht nennenswert zusammengedrückt, um die Luft aus ihnen heraus zu pressen. Aber sie werden beim Einatmen durch Zwischenrippenmuskeln und den Zwerchfell genannten Muskel ausgedehnt und kehren beim Ausatmen wieder in ihre ursprüngliche Form zurück. Um zu verstehen, wie das funktioniert, müssen wir uns den Brustkorb genauer ansehen. Aber vorher informieren wir uns noch über den Luftweg und die Luft, die wir einatmen.

Was wir über die Luft wissen sollten nach oben

Atmosphäre oder Lufthülle nennt man eine Gashülle, die einen Planeten wie die Erde umgibt.

Luft ist ein Gemisch verschiedener Gase. In der Erdatmosphäre bestehen 100 Liter Luft aus 78 Litern Stickstoff, 21 Litern Sauerstoff und einem Liter anderer Gase. Zu den anderen Gasen zählt auch das Kohlenstoffdioxid. Saubere Luft riecht und schmeckt nach nichts. Luft nimmt aber Raum ein und Luft hat eine Masse. Das bedeutet, dass die Masse der über uns befindlichen Luft auf uns drückt. Diesen Druck nennt man Luftdruck.

Atome heißen die winzigen Bausteine aller Stoffe. Atome sind so klein, dass man ungefähr 10 Millionen von ihnen hintereinander legen müsste, um eine Gesamtlänge von 1 Millimeter zu erreichen.

Element oder genauer chemisches Element heißt ein Stoff, den man chemisch nicht weiter in andere Stoffe zerlegen kann. Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O) sind chemische Elemente. Kohlenstoffdioxid (CO2) ist kein chemisches Element, weil man es chemisch in 1 Atom Kohlenstoff und 2 Atome Sauerstoff zerlegen kann.

Moleküle nennt man chemische Verbindungen aus mindestens zwei Atomen.

Der Luftweg nach oben

Beim Einatmen wird die Luft in der Nasenhöhle erwärmt und angefeuchtet. Die Nasenhaare halten größere Staubteilchen zurück. Durch den Rachen gelangt die Luft in die Luftröhre. Die Luftröhre verzweigt sich in die Bronchien und diese verästeln sich so stark, dass sie Schätzungen zufolge eine Gesamtlänge von fast einem Kilometer erreichen. Die feuchte Schleimhaut der Bronchien produziert einen Schleim, der sie bedeckt und schützt. Im Schleim der Bronchien werden feinste Staubteilchen und Bakterien festgehalten. Am Ende landet die eingeatmete Luft in den winzigen, traubenförmig angeordneten Lungenbläschen. Ein dichtes Netz von Blutgefäßen schützt die Lungenbläschen und hält sie zusammen. Aber vor allem dient es dazu, Sauerstoff aus den Lungenbläschen ins Blut aufzunehmen und Kohlenstoffdioxid aus dem Blut in die Lungenbläschen abzugeben.

Der menschliche Brustkorb nach oben

Der aus den Brustwirbeln, den Rippen und dem Brustbein bestehende Brustkorb schützt das Herz und unsere Lungen. Wir könnten ohne ihn aber auch nicht atmen. Und entscheidend dafür sind die Formen unserer Rippen. Denn sie werden beim Einatmen durch die kleinen Zwischenrippenmuskeln etwas enger zueinander gezogen.

Der menschliche Brustkorb von vorne betrachtet nach oben
menschlicher Brustkorb
  • Brustbein
    • 1 Handgriff (Manubrium sterni)
    • 2 Körper (Corpus sterni)
    • 3 Schwertfortsatz (Processus xiphoideus)
  • 4 Brustwirbel
  • 5 Rippenknochen
  • 6 Rippenknorpel
Henry Gray, Anatomy of the Human Body. Philadelphia: Lea & Febiger, 1918; Bartleby.com, 2000.

Weil die beiden obersten Rippen so klein und nach oben befestigt sind, können sie kaum nach unten gezogen werden. Stattdessen werden die weiter unten liegenden Rippen nach oben gezogen. Weil sich diese Effekte addieren, ist die Anhebung umso stärker, je weiter unten sich eine Rippe befindet.

Der menschliche Brustkorb von hinten betrachtet nach oben
menschlicher Brustkorb

Diese anatomische Zeichnung des menschlichen Brustkorbs zeigt, dass unsere Rippen nicht nur nach vorne, sondern auch zu den Seiten hin schräg nach unten verlaufen. Da sie in der Mitte mit den Wirbelknochen verbunden sind, können die Rippen durch die Zwischenrippenmuskeln nur weiter außen angehoben werden. Die Rippen zeigen dann weniger schräg nach unten. Dadurch kommen sie gleichzeitig an den Seiten weiter nach außen und der Brustkorb wird etwas breiter.

Henry Gray, Anatomy of the Human Body. Philadelphia: Lea & Febiger, 1918; Bartleby.com, 2000.

Insgesamt wird der Brustkorb beim Einatmen nach vorne und zu den Seiten hin etwas breiter, weil die Rippen durch die Zwischenrippenmuskeln nach oben gezogen werden. Und dieser Effekt ist unten größer als oben.

Der menschliche Brustkorb von der Seite betrachtet nach oben
menschlicher Brustkorb von der Seite

Diese anatomische Zeichnung des menschlichen Brustkorbs zeigt, dass unsere Rippen nicht nur zu den Seiten hin, sondern auch nach vorne schräg nach unten verlaufen. Da sie hinten mit den Wirbelknochen verbunden sind, können die Rippen durch die Zwischenrippenmuskeln nur weiter vorne angehoben werden. Das Brustbein wird mitangehoben und die Rippen zeigen dann weniger schräg nach unten. Dadurch kommen sie gleichzeitig vorne weiter nach außen und der Brustkorb wird etwas tiefer.

Henry Gray, Anatomy of the Human Body. Philadelphia: Lea & Febiger, 1918; Bartleby.com, 2000.

Die Rippenatmung nach oben

Rippenatmung oder Brustatmung nennt man die Atmung mit Hilfe der Zwischenrippenmuskeln. Für das Verständnis der Rippenatmung muss man außerdem wissen, dass sich auf der Außenseite der Lunge und auf der Innenseite der Rippen jeweils eine feuchte Schleimhaut befindet. Man nennt sie Lungenfell und Rippenfell und diese beiden glatten und feuchten Oberflächen liegen direkt aufeinander. Liegen zwei glatte feuchte Oberflächen aufeinander, dann lassen sie sich zwar relativ leicht seitlich verschieben, aber nur mit größter Kraftanstrengung auseinander reißen. Deshalb folgen die Außenseiten der Lungen stets den Bewegungen der Rippen.

Wie wir schon bei der Betrachtung der Brustkorbknochen gesehen haben, muss die Anhebung der Rippen und des Brustbeines durch die Zwischenrippenmuskeln zu einer Erweiterung des Brustkorbes führen. Die damit verbundene Volumenvergrößerung des Brustkorbs und der darin aufgehängten Lungen führt in den Lungen zu einem Unterdruck. Dieser Unterdruck saugt beim Einatmen frische Luft in die Lungen.

Zum Ausatmen erschlaffen die Zwischenrippenmuskeln und die Rippen senken sich wieder. Dadurch nimmt das Lungenvolumen wieder ab und ein normalerweise nur recht kleiner Teil der Luft wird wieder ausgeatmet.

Animation der Rippenatmung nach oben
Animation zur Veranschaulichung der Rippenatmung Zunaechst wird ein hellblau gefärbtes Rechteck gezeichnet. Linie1 Wirbelknochen1 Rippe1 Wirbelknochen2 Rippe2 Wirbelknochen3 Rippe3 Wirbelknochen4 Rippe4 Wirbelknochen5 Rippe5 Wirbelknochen6 Rippe6 Roland Heynkes, CC BY-NC-SA 4.0 Wenn dieser Satz angezeigt wird, dann kann der Browser keine inline-SVG anzeigen.

Diese Animation deutet stark vereinfachend an, wie die Hebung der Rippen den Brustkorb seitlich vergrößert. Links stehen die grauen Kästchen für Wirbelkörper, rotbraun sind die Rippen. Die schwarze Linie an der rechten Seite soll nur leichter erkennbar machen, dass die Enden der Rippen tatsächlich nach vorne kommen und dass der Effekt unten größer ist als oben.

Ich habe die Animation einfach als Vektorgrafik im offenen und standardisierten svg-Format direkt in den HTML-Code eingebunden und dabei den normalen svg-Befehlssatz durch einige Befehle der ebenfalls XML-basierten Auszeichnungssprache für zeitsynchronisierte multimediale Inhalte namens SMIL (Synchronized Multimedia Integration Language) erweitert.

Betrachtet man nun die sich nähernden Rippen am rechten Rand, dann versteht man auch, warum die Rippen vorne nicht direkt mit dem Brustbein verbunden sein dürfen. Besonders bei den unteren Rippen muss der Rippenknorpel die Verbindung flexibel machen, weil das knöcherne Brustbein beim Atmen im Gegensatz zu dem Abstand zwischen den Rippen nicht schrumpfen kann.

Die Bauchatmung nach oben

Noch wichtiger als die Rippenatmung ist für uns die sogenannte Bauchatmung. Dabei vergrößert sich der Brustraum auf Kosten des Bauchraumes bzw. der guten Figur. Der Brustraum vergrößert sich, indem sich der zwischen Brustraum und Bauchraum aufgespannte und Zwerchfell genannte Muskel anspannt. Da er im entspannten Zustand stark nach oben gewölbt ist, wird er beim Anspannen flacher und zieht sich dabei in der Mitte nach unten. Weil auch die glatte und feuchte Oberfläche des Zwerchfells am Lungefell haftet, zieht das Zwerchfell beim Einatmen die Lungenflügel mit nach unten, vergrößert deren Volumen und steigert den Unterdruck.

Animation der Bauchatmung nach oben
Animation zur Veranschaulichung der Bauchatmung Zunaechst wird ein hellblau gefärbtes Rechteck gezeichnet. Linie1 Wirbelknochen1 Rippe1 Wirbelknochen2 Rippe2 Wirbelknochen3 Rippe3 Wirbelknochen4 Rippe4 Wirbelknochen5 Rippe5 Wirbelknochen6 Rippe6 Zwerchfell Roland Heynkes, CC BY-NC-SA 4.0 Wenn dieser Satz angezeigt wird, dann kann der Browser keine inline-SVG anzeigen.

Diese stark vereinfachende Animation soll verständlich machen, wie die Bauchatmung und die Brustatmung zusammen arbeiten. Während die Hebung der Rippen den Brustkorb seitlich vergrößert, zieht sich das hellrot dargestellte Zwerchfell zusammen und damit nach unten.

Ich habe die Animation einfach als Vektorgrafik im offenen und standardisierten svg-Format direkt in den HTML-Code eingebunden und dabei den normalen svg-Befehlssatz durch einige Befehle der ebenfalls XML-basierten Auszeichnungssprache für zeitsynchronisierte multimediale Inhalte namens SMIL (Synchronized Multimedia Integration Language) erweitert.

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