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Die Energie, die zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur und zur Arbeitsleistung innerhalb des menschlichen Körpers benötigt wird, kann nur durch den Abbau der Nahrungsstoffe mit Sauerstoff gewonnen werden. Während Fette oder Zucker im Körper gespeichert werden können, ist dieses bei Sauerstoff in nur so geringem Umfang möglich, dass bereits nach wenigen Minuten Atemstillstand lebensbedrohliche Störungen auftreten können.
Aus diesem Grund muss ständig Sauerstoff aufgenommen werden. Dieses geschieht in der Einatmung. Der Sauerstoff gelangt durch Nase und Mund, Rachen (Pharynx), Luftröhre (Trachea), Bronchien und deren Verzweigungen in die Lungen (Pulmo). Der Gasaustausch findet in den Lungenbläschen (Alveolen) statt. Diese werden äußerlich netzartig von Haargefäßen (Kapillaren) des Lungenkreislaufes umsponnen.
Ihre zuführenden Äste führen sauerstoffarmes kohlendioxidreiches Blut, das von der rechten Herzkammer (Ventriculus dexter) über die Lungenschlagader in den Lungenkreislauf gepumpt wird.
Innerhalb der Lungenkapillaren reichert sich dieses Blut mit dem Sauerstoff, das sich in den Lungenbläschen befindet, an. Dabei diffundiert der Sauerstoff durch die Lungenbläschenwände und die Kapillarwände. Dieser Bereich wird auch als Blut-Luft-Schranke bezeichnet. In entgegen gesetzter Richtung gelangt Kohlendioxid aus den Kapillaren in die Lungenbläschen. Dieser Vorgang geschieht ohne Energieverbrauch, also passiv.
Nach dem erfolgten Gasaustausch an den Lungenbläschen befindet sich nun in den ableitenden Ästen der Lungenkapillaren kohlendioxidarmes, sauerstoffreiches Blut. Dieses gelangt über die Lungenvenen in den linken Herzvorhof (Atrium sinistrum), um dann von der linken Herzkammer (Ventriculus sinister) in den Körperkreislauf zu gelangen.
Von der Lunge ins Blut aufgenommener Sauerstoff geht durch Diffusionsvorgänge direkt in die roten Blutkörperchen über, wo es sich an das Eisen des roten Blutfarbstoffes (Hämoglobin) anlagert. Von hier erfolgt ebenfalls durch Diffusion die Abgabe des Sauerstoffs an das Gewebe. Dieses wird ermöglicht durch den Konzentrationsunterschied zwischen sauerstoffarmem Gewebe und sauerstoffreichem Blut. Nicht alles Kohlendioxid ist im Blut physikalisch gelöst und wird daher nur zu einem kleinen Teil aus dem Blut abgegeben.
Ein bestimmter Gehalt an Kohlendioxid ist wichtig, um den Blut-ph-Wert aufrecht zu erhalten. Außerdem ist er erforderlich für die Atemsteuerung, in der Chemorezeptoren anhand des Kohlendioxid- bzw. Sauerstoffgehaltes die Atemtätigkeit steuern.
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