Gasaustausch – warum wir atmen
Der Gasaustausch ist entscheidend für die Atmung: Wir atmen Sauerstoff ein und geben Kohlenstoffdioxid aus. Dieser Austausch passiert in den Lungenbläschen, wo Sauerstoff von den roten Blutkörperchen aufgenommen und Kohlenstoffdioxid abgegeben wird. Weitere Details dazu findest du im folgenden Text.
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Grundlagen zum Thema Gasaustausch – warum wir atmen
Gasaustausch – Biologie
Keine Luft mehr zu bekommen, kann schnell lebensbedrohlich werden. Das Atmen ist also ein lebenswichtiger Prozess. Schauen wir aber mal etwas genauer hin: Wie und wo findet die Atmung beim Menschen statt und warum? Für ein besseres Verständnis kann es hilfreich sein, wenn du dich vorab mit dem Thema Innere und äußere Atmung und Zusammensetzung der Luft beschäftigst.
In diesem Text wird der Gasaustausch in den Lungenbläschen einfach erklärt. Wir werfen einen Blick auf die Gase, die am Atmungsprozess beteiligt sind, und sehen uns an, welchen Weg sie nach dem Gasaustausch in der Lunge gehen.
Was ist der Gasaustausch beim Menschen? – Definition
Was atmen Menschen ein und aus? Wir Menschen atmen die Luft ein und aus – genauer gesagt benötigen wir den Sauerstoff aus der Luft für Stoffwechselvorgänge und atmen vermehrt Kohlenstoffdioxid als Stoffwechselprodukt aus. Dieser Gasaustausch (Austausch von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid) findet in der Lunge statt.
Der in der Luft enthaltene Sauerstoff wird benötigt, um in den Zellen aus Nährstoffen Energie zu gewinnen. Dieser Vorgang der Energiegewinnung wird als innere Atmung oder Zellatmung bezeichnet und findet in den Mitochondrien der Zellen statt. Dabei entsteht Kohlenstoffdioxid. Da Kohlenstoffdioxid in hoher Konzentration schädlich für unseren Körper ist, muss es schnellstmöglich wieder aus unserem Körper raus.
Wo findet der Gasaustausch in der Lunge statt?
Wo findet nun der Gasaustausch beim Menschen genau statt? Der Gasaustausch findet in der Lunge – genauer in den Lungenbläschen oder Alveolen statt. Dieser Prozess wird als äußere Atmung bezeichnet. Was hier genau passiert, erklären wir dir im Folgenden.
Wie funktioniert der Gasaustausch in den Lungenbläschen? – Erklärung
Der Aufbau unserer Lunge sieht einem Baum, der auf dem Kopf steht, ähnlich. Von der Luftröhre gehen rechts und links zu den beiden Lungenflügeln zwei Äste ab, die Hauptbronchien genannt werden. Diese verzweigen sich in immer dünnere Bronchien, an deren Enden dann die Lungenbläschen sitzen. Die einzelnen Lungenbläschen sind dabei traubenförmig angeordnet. Ungefähr 300 Millionen Lungenbläschen befinden sich am Ende des weit verzweigten Bronchialsystems der Lunge. Rechnet man die Oberflächen aller Lungenbläschen zusammen, erhält man eine Gesamtoberfläche von fast 100 $\pu{m2}$. Diese sogenannte Oberflächenvergrößerung bildet die Voraussetzung für einen erfolgreichen, schnellen Gasaustausch in der Lunge.
Schauen wir uns den Aufbau der Lungenbläschen einmal genauer an. Die einzelnen Lungenbläschen sind von einem Netzwerk feinster Blutgefäße umgeben, den sogenannten Lungenkapillaren. Sie ermöglichen den Transport des mit der Atemluft eingeatmeten Sauerstoffs zu den Körperzellen. Außerdem sorgen sie für den Abtransport des bei der Energiegewinnung entstandenen Kohlenstoffdioxids von den Körperzellen zu den Lungenbläschen. Die dünnen Membranen der Lungenbläschen und der Lungenkapillaren ermöglichen den Gasaustausch von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid. Sauerstoffarmes Blut aus dem Körper nimmt den Sauerstoff aus den Lungenbläschen auf und transportiert ihn in alle Bereiche des Körpers, an denen er benötigt wird. Umgekehrt wird Kohlenstoffdioxid aus dem Blut an die Lungenbläschen abgegeben und mit der Atemluft ausgeatmet. Für den Transport der beiden Gase sind die roten Blutkörperchen verantwortlich.
Vielleicht fragst du dich jetzt, ob der Gasaustausch in der Lunge mittels Diffusion stattfindet? Ja, die Diffusion ist ein wichtiger Prozess, der für den Austausch der beiden Gase während der Atmung notwendig ist. Dabei werden die beiden Gase passiv, also ohne zusätzlichen Energieaufwand, ausgetauscht.
Gasaustausch in den Lungenbläschen – Zusammenfassung
Bei der Atmung – also dem Austausch von Gasen – wird zwischen äußerer und innerer Atmung unterschieden. Die innere Atmung wird auch als Zellatmung bezeichnet. Sie dient der Energiegewinnung aus Nährstoffen durch den Verbrauch des mit der Atemluft eingeatmeten Sauerstoffs in den Mitochondrien der Körperzellen. Das dabei entstandene Kohlenstoffdioxid wird zurück zu den Lungenkapillaren transportiert und über die Lungenbläschen an die Atemluft abgegeben. Das Kohlenstoffdioxid wird ausgeatmet. Der Austausch von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid in den Lungenbläschen wir als äußere Atmung bezeichnet.
| Atmung | Ziel | Ort |
|---|---|---|
| äußere Atmung | Gasaustausch | Wände der Lungenbläschen und -kapillaren/Blutkapillaren |
| innere Atmung | Energiegewinnung | Mitochondrien der Körperzellen |
Auch zu dem Thema Gasaustausch in den Lungenbläschen haben wir einige interaktive Übungen und Arbeitsblätter vorbereitet. Du kannst dein neu gewonnenes Wissen also direkt testen. Viel Spaß!
Transkript Gasaustausch – warum wir atmen
Wir machen es meist unbewusst und ununterbrochen. Wir können sie nur eine kurz Zeit pausieren, denn sonst sterben wir. Du weißt vermutlich schon, wovon ich spreche: der Atmung. Ein erwachsener Mensch atmet täglich zehn- bis zwanzigTAUSEND Liter Luft ein und aus. Also zehn- bis zwanzigtausend Mal so viel wie in eine übliche Milchpackung passt. Was passiert mit der ganzen aufgenommenen Luft? Warum atmen wir überhaupt? Diesen Fragen wollen wir in diesem Video nachgehen. Gasaustausch – warum wir atmen Es dreht sich alles um einen bestimmten Stoff, den wir UNBEDINGT brauchen. Weißt du welchen? Klar. Sauerstoff. Er ist Teil der Luft, die uns umgibt. Wir brauchen Sauerstoff, um aus Nährstoffen Energie zu gewinnen. Diese Energie brauchen wir für lebensnotwendige Vorgänge. Sprich: Ohne Sauerstoff sterben wir. Aus Nährstoffen aus der Nahrung wird in unseren Körperzellen, und dort in den „Mitochondrien“, Energie freigesetzt. Dieser Stoffwechselvorgang, für den wir Sauerstoff benötigen, wird auch „innere Atmung“ oder „Zellatmung“ genannt. Bei der inneren Atmung entsteht „Kohlenstoffdioxid“ als Abfallprodukt. Dies ist in hohen Dosen gefährlich für uns. Daher muss unser Körper das entstandene Kohlenstoffdioxid wieder loswerden. Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid sind beides Gase. Das eine Gas, „Sauerstoff“, müssen wir also aus der Außenluft aufnehmen und das andere, „Kohlenstoffdioxid“, nach außen abgeben. Das passiert beim „Gasaustausch“ in der Lunge, der sogenannten „äußeren Atmung“. Schauen wir uns diesen Vorgang genauer an. Beim Einatmen nehmen wir mit der Nase oder dem Mund sauerstoffreiche Luft auf, die über Rachen, Luftröhre und Bronchien bis in unsere Lungenbläschen gelangt. Die „Lungenbläschen“ sind von einem Netz kleinster Blutgefäße umgeben, den sogenannten „Lungenkapillaren“. Wie du siehst, sind die Lungenkapillaren in zwei unterschiedlichen Farben gezeichnet. Die beiden Farben sollen den unterschiedlichen Gehalt von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid im Blut darstellen. Sehen wir uns das doch mal mit Hilfe eines Schnitts durch ein Lungenbläschen und umgebender Kapillare genauer an. Die Blutgefäße, die sauerstoffreiches Blut enthalten, sind in Rot dargestellt und die, die sauerstoffarmes beziehungsweise kohlenstoffdioxidreiches Blut enthalten, in blau. Die hauchdünnen Wände der Lungenbläschen und der Lungenkapillaren berühren sich. Die beiden Gase Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid können durch die dünnen Wände hindurchtreten. Es findet ein Gasaustausch statt: Sauerstoff gelangt von der Einatemluft durch die dünnen Wände der Lungenbläschen und Lungenkapillaren in unser Blut und gleichzeitig gelangt Kohlenstoffdioxid von unserem Blut in die Luft, die wir wieder ausatmen. In unserem Blut sind übrigens unsere roten Blutkörperchen für den Transport der beiden Gase verantwortlich. Sie transportieren Sauerstoff von unserer Lunge zu unseren Körperzellen und Kohlenstoffdioxid von unseren Körperzellen zu unserer Lunge. In der Lunge befinden sich circa dreihundertMILLIONEN Lungenbläschen. Zusammen entspricht ihre Oberfläche circa hundert Quadratmetern. Das ist mehr als die Fläche eines Badminton Spielfelds umfasst. Diese große Oberfläche ist notwendig, um uns optimal mit lebensnotwendigem Sauerstoff zu versorgen und das Abfallprodukt Kohlenstoffdioxid schnellstmöglich abzugeben. Fassen wir nun kurz zusammen: Unser Körper braucht ständig Energie, selbst im Schlaf. Um diese Energie zu gewinnen, brauchen wir Nährstoffe und Sauerstoff. Der Stoffwechselprozess, der der Energiegewinnung dient, wird innere Atmung oder Zellatmung genannt. Bei der Zellatmung entsteht ein Abfallprodukt: Kohlenstoffdioxid. Wir benötigen also Sauerstoff und müssen Kohlenstoffdioxid loswerden. Mit der Einatemluft gelangt Sauerstoff in die Lungenbläschen. In den Lungenbläschen werden die beiden Gase, Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid, ausgetauscht. So gelangt Sauerstoff in unser Blut und Kohlenstoffdioxid in unsere Ausatemluft. Dieser Vorgang des Gasaustauschs wird auch äußere Atmung genannt. Um diesen Gasaustausch zu ermöglichen, atmest du ständig und kannst das Atmen nur kurz pausieren. Wie lang kannst du eigentlich die Luft anhalten? Probiere es mal aus und schreib es in die Kommentare!
Gasaustausch – warum wir atmen Übung
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Gib an, was der Körper braucht, um Energie zu gewinnen.
TippsZwei der Antworten sind richtig.
Die Luft besteht hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff. Aber nur einen dieser beiden Stoffe braucht der Körper, um Energie zu gewinnen.
LösungUnser Körper braucht ständig Energie, selbst im Schlaf.
Um diese Energie zu gewinnen, brauchen wir Nährstoffe und Sauerstoff. -
Beschreibe die beiden Atemgase Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff.
TippsJedem der Begriffe kannst du jeweils drei Beschreibungen zuordnen.
$CO_{2}$ und $O_{2}$ sind die chemischen Molekülformeln für die zwei Atemgase.
Um Energie aus Nährstoffen zu gewinnen, braucht der Körper Sauerstoff.
LösungUm Energie aus Nährstoffen zu gewinnen, braucht der Körper Sauerstoff. Sauerstoff ist damit lebensnotwendig. Die Summenformel für Sauerstoff lautet $O_{2}$.
Um zu überleben, müssen wir Sauerstoff aus der Atemluft durch das Einatmen aufnehmen und Kohlenstoffdioxid durch das Ausatmen wieder abgeben.
Kohlenstoffdioxid ist also ein Abfallprodukt des Körpers.
Die Summenformel für Kohlenstoffdioxid lautet $CO_{2}$. -
Beschreibe den Vorgang der Zellatmung.
TippsWir brauchen Sauerstoff, um aus Nährstoffen Energie zu gewinnen. Diese Energie brauchen wir für lebensnotwendige Vorgänge.
Die Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zelle.
Kohlenstoffdioxid ist ein Abfallprodukt der Zellatmung.
LösungWir brauchen Sauerstoff, um aus Nährstoffen Energie zu gewinnen. Diese Energie brauchen wir für lebensnotwendige Vorgänge.
Aus Nährstoffen aus der Nahrung wird in unseren Körperzellen, und dort in den Mitochondrien, Energie freigesetzt.
Dieser Stoffwechselvorgang, für den wir Sauerstoff benötigen, wird Zellatmung oder innere Atmung genannt.
Bei der inneren Atmung entsteht Kohlenstoffdioxid als Abfallprodukt.
-
Erkläre die Unterschiede zwischen innerer und äußerer Atmung.
TippsDie innere Atmung findet in den Mitochondrien statt.
Bei der inneren Atmung kann kein Austausch mit der Atemluft stattfinden.
LösungSauerstoff wird bei der äußeren Atmung aus der Einatemluft über die Lungenbläschen in unser Blut in den Lungenkapillaren aufgenommen.
Gleichzeitig wird Kohlenstoffdioxid bei der äußeren Atmung aus dem sauerstoffarmen Blut über die Lungenbläschen in die Ausatemluft abgegeben.Bei der inneren Atmung wird Sauerstoff benötigt, um in den Mitochondrien Energie zu gewinnen.
Kohlenstoffdioxid entsteht bei der inneren Atmung als Abfallprodukt der Energiegewinnung. -
Beschreibe die Aufgabe der roten Blutkörperchen.
TippsNur eine der Aussagen ist richtig.
Die roten Blutkörperchen bewegen sich durch unseren Blutkreislauf von den Körperzellen bis zur Lunge und wieder zurück.
LösungDie roten Blutkörperchen sind für den Transport der beiden Atemgase verantwortlich.
Sie transportieren Sauerstoff von unserer Lunge zu unseren Körperzellen und Kohlenstoffdioxid von unseren Körperzellen zu unserer Lunge.
-
Beschreibe, was mit dem Sauerstoff im Körper passiert.
TippsBevor die roten Blutkörperchen den Sauerstoff aufnehmen können, muss dieser zuerst in das Blut der Lungenkapillaren gelangen.
Mitochondrien sind Zellorganellen und werden als die Kraftwerke der Zelle bezeichnet.
LösungBeim Einatmen nehmen wir mit der Nase oder dem Mund sauerstoffreiche Luft auf.
Die eingeatmete Luft gelangt über Rachen, Luftröhre und Bronchien bis in unsere Lungenbläschen.
Von dort aus gelangt der Sauerstoff aus der Einatemluft durch die dünnen Wände der Lungenbläschen und Lungenkapillaren in unser Blut.
Die roten Blutkörperchen transportieren den Sauerstoff von unserer Lunge zu unseren Körperzellen.
Dort wird er zur Energiegewinnung bei der Zellatmung verbraucht.
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Die Lunge des Menschen: Der Gasaustausch in den Lungenbläschen
Gasaustausch – warum wir atmen
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