Wie wird die Atemfrequenz gesteuert?

Die Steuerung der Atemfrequenz ist ein komplexes Zusammenspiel verschiedener Faktoren, die sicherstellen, dass unser Körper stets optimal mit Sauerstoff versorgt und Kohlendioxid abgeatmet wird. Im Zentrum dieses Regelkreises steht das Atemzentrum im Hirnstamm, genauer gesagt in der Medulla oblongata und der Pons. Es ist von entscheidender Bedeutung für die rhythmische Erzeugung von Atemimpulsen, die an die Atemmuskulatur weitergeleitet werden.

Während die Aussage, dass Chemorezeptoren den Kohlendioxid-Partialdruck (pCO2) messen, grundsätzlich zutrifft, ist die Wirkungsweise differenzierter zu betrachten. Zentrale Chemorezeptoren, die sich im Hirnstamm in unmittelbarer Nähe zum Atemzentrum befinden, reagieren primär auf Veränderungen des pH-Wertes im Liquor cerebrospinalis. Ein erhöhter pCO2 im Blut führt zu einer Diffusion von CO2 in den Liquor, wo es mit Wasser zu Kohlensäure reagiert und den pH-Wert senkt. Diese pH-Verschiebung wird von den zentralen Chemorezeptoren registriert und führt zu einer Steigerung der Atemfrequenz und -tiefe.

Periphere Chemorezeptoren, lokalisiert im Glomus caroticum und Glomus aorticum, messen neben dem pCO2 auch den Sauerstoffpartialdruck (pO2) und den pH-Wert im arteriellen Blut. Ein Abfall des pO2 oder ein Abfall des pH-Wertes im Blut verstärkt ebenfalls die Aktivität des Atemzentrums und führt zu einer erhöhten Atemfrequenz. Allerdings ist der Einfluss des pO2 auf die Atmung im physiologischen Bereich eher gering und wird erst bei deutlich erniedrigten Sauerstoffpartialdrücken relevant (Hypoxie).

Neben den chemischen Faktoren spielen auch nicht-chemische Faktoren eine Rolle bei der Atemregulation. Dehnungsrezeptoren in der Lunge, sogenannte pulmonale Stretch-Rezeptoren, reagieren auf eine Überdehnung der Lunge und lösen den Hering-Breuer-Reflex aus. Dieser Reflex hemmt die Inspiration und schützt die Lunge vor Überblähung.

Auch höhere Hirnzentren, wie der Cortex und das limbische System, können die Atmung beeinflussen. Emotionen, Stress, bewusste Atemkontrolle (z.B. beim Sprechen oder Singen) und körperliche Aktivität wirken sich auf die Atemfrequenz und -tiefe aus. Diese Einflüsse werden über absteigende Bahnen an das Atemzentrum vermittelt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Atemfrequenz durch ein komplexes Netzwerk aus chemischen und nicht-chemischen Faktoren reguliert wird. Das Atemzentrum im Hirnstamm integriert diese Informationen und steuert die Aktivität der Atemmuskulatur, um eine optimale Versorgung des Körpers mit Sauerstoff und eine effektive Abatmung von Kohlendioxid zu gewährleisten.