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Atemmechanik, Spirometrie und Gasaustausch

BiologieHuman- und TierphysiologieAlter 16–17

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Zwerchfell und Zwischenrippenmuskeln verändern das Volumen des Brustkorbs, sodass der Druck in der Lunge sinkt oder steigt (Gesetz von Boyle-Mariotte) und Luft ein- oder ausströmt; vergleichen Sie den Brustkorb mit dem Glasglockenmodell. Ein Spirometer zeichnet die Lungenvolumina auf: Atemzugvolumen, Vitalkapazität, FEV₁/FVC und Atemminutenvolumen = Atemzugvolumen × Atemfrequenz. Wechseln Sie zwischen gesunder Lunge, Asthma, Emphysem und Fibrose, fügen Sie Rauchen oder Belastung hinzu, um die Wirkung auf den Gasaustausch in den Alveolen zu sehen, und führen Sie den Kalkwasserversuch mit eingeatmeter und ausgeatmeter Luft durch.

Lektion: Gasaustausch und Atmung beim Menschen

Was sie zeigt

Einatmen geschieht, wenn sich Zwerchfell und äußere Zwischenrippenmuskeln zusammenziehen: Der Brustkorb wird größer, der Druck in den Alveolen fällt unter den Luftdruck (Gesetz von Boyle-Mariotte) und Luft strömt ein. Ruhiges Ausatmen ist ein passives elastisches Zurückfedern; forciertes Ausatmen nutzt die inneren Zwischenrippenmuskeln und die Bauchmuskeln. Ein Spirometer misst Atemzugvolumen, inspiratorisches und exspiratorisches Reservevolumen, Vitalkapazität, FEV₁ und FVC. Obstruktive Krankheiten wie Asthma und Emphysem senken FEV₁/FVC; eine Fibrose macht die Lunge steif und klein. In den Alveolen verknüpft das Ficksche Gesetz die Diffusionsrate mit Fläche, Konzentrationsunterschied und Dicke.

So funktioniert es

Beobachten Sie in Atemmechanik die Volumen- und Druckkurven, stellen Sie Modell auf Glasglocke oder schalten Sie die Automatische Atmung aus und ziehen Sie die Zeichnung. Warten Sie in Spirometer drei ruhige Atemzüge ab, klicken Sie auf Tief ein-, dann ganz ausatmen (VK) und Forcierte Ausatmung (FEV₁), dann auf Ergebnis notieren. Ändern Sie Lunge, Raucher und Aktivität und wiederholen Sie. Klicken Sie im Kalkwasserversuch auf Atmen starten und vergleichen Sie beide Röhrchen.

Einstellbare Parameter

  • Ansicht Atemmechanik, Spirometer, Gasaustausch in den Alveolen, Kalkwasserversuch
  • Modell Brustkorb, Glasglocke
  • Lunge Gesund, Asthma (Bronchokonstriktion), Lungenemphysem, Lungenfibrose
  • Raucher
  • Aktivität Ruhe, Mäßige Belastung, Starke Belastung

Fragen zum Erkunden

  1. Warum strömt Luft in die Lunge, wenn sich das Zwerchfell zusammenzieht und abflacht?
  2. Warum ist FEV₁/FVC bei einer Person mit Asthma kleiner als bei einer gesunden Person?
  3. Welches Kalkwasser-Röhrchen trübt sich zuerst, und was zeigt das über die ausgeatmete Luft?

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