Verbesserungen die Tiere unternehmen können um den Gasaustausch per Diffusion zu verbessern
Konsequenz der schlechten Diffusion von Sauerstoff in Wasser
vergrössern der Austauschfläche also zb. des respiratorischen Epithels Luft als austauschemdium nutzen anstatt Wasser Verkürzung der Diffusionsstrecke zwischen Gewebe und Atemorgan Erhühung der Partialdruckdifferenz Wirbellose denen ein elaborierter Sauerstoff Transportmechanimus fehlt können nur begrenzt gross werden oder aben zum Beispiel eine sehr abgeflachte Form, damit sie Sauerstoff effektißver aufnehmen können.
Atemorgane haben eine grosse Oberfläche
Kiemen bei Larven Crustacen und Fischen dünnes zartes Epithelgewebe Tracheen bei Insekten lange Röhren die den ganzen Körper durchziehen Lungen grosse Hohlräume die elastisch sind und stark unterteilt
Funktion des Tracheenszstems
Das Tracheensystem erstreckt sich über alle Gewebe des Körpers. Die Atemgase diffundieren also den grössten Teil durch die Luft. An der Aussenseite haben Insekten Stigmen mit welchen sie die Tracheen bei Bedarf (wasserverlust) schliessen können. Die Tracheen verzweigen sich in kleinere Tracheolen welche in Luftkapillaren enden. In diesen findet der eigentliche Gasaustausch statt.
Funktion der Fischatmung
Die Kiemen funktionieren mit einem Druck Saugpumpenmechanismus. die Lippen arbeiten mit dem Mundboden als Druckpumpen während die Kieméndeckel als Saugpumpen dienen. So wird Wasser aktiv in die Mundhöhle eingeströmt und unter den Kiemendeckeln wieder ausgestossen. Dieser kontinuierliche Strom maximiert das Sauerstoff Partialdruckgefälle weil das mit Sauerstoff gesättigte Blut durch die Blutzirkulation schnell abtransportiert wird. Durch die Unterteilung der Kiemen bieten sie eine grosse respiratorische Epithelfläche. Die Kiemnelamellen bestehen aus stark abgeflachten Epithelzellen damit der Sauerstoff nur einen geringen Weg zu den Blutgefässen per Diffusion zurück legen muss. Afferente Blutgefösse transportieren Blut in die Kiemen, efferente aus den Kiemen herraus. Der Blutstrom ist dem Wasserstrom, über den Kiemen entgegen gesetzt. Daher spricht man von einem Gegenstromaustausch System
Vögel
Wie zb. bei Säugern auch teilt sich die Luftröhre der Vögel zunächst in Bronchien, dann Parabronchien und dann in Kapillaren in welchen der Gasaustausch stattfindet. Anders als bei Säugern besitzen Vögel ausser der eigentlichen Lunge, welche sich beim einatmen zusammen zieht, noch Luftsäcke. Durch diese Luftsäcke strömt die eingeatmete Luft zuerst und von da aus durch die Lunge und wieder in andere Luftsäcke. Von da aus stösst der Vogel die Luft anschliessend wieder aus. Dieser Unidirektionale Transport der Luft ermöglicht es dem Vogel einen hohen Partialdruckl Differenz in der Lunge aufrecht zu erhalten. Säuger haben dagegen einen bidirektionale Luftstrom. In der Lunge vermischen sich also sauerstoffreiche und sauerstoffarme Luft was eine geringere Partialdruck differenz zur Folge hat. Zudem Hat die Vogellunge im Gensatz zur Säugerlunge nur ein sehr kleinen Anteil an Totraum was ebenfalls den Erhalt der Partialdruck differenz begünstigt
Atemzugvolumen
inspiratorisches Reservevolumen
Vitalkapazität
residualvolumen Totalkapazität
Volumen der Ausatmung bei normaler Atmung jene Menge die noch über das Atemzugvolumen eingeatmet werden kann Gesamtheit aus inspiratorischen exspiratorischen Volumen Jene Menge an Luft die in der Lunge verbleibt, Totalkapazität is Summe aus Vitlkapazität und Residualvolumen
Nachteile der Menschenlunge und Anpassungen
das periodische ein und ausatmen führt dazu dass der Sauerstoffpartialdruck in der Lunge geringer ist ls in der Aussenluft weil sich bei jedem Atemzug alte mit neuer Luft vermischt Das gegenstromprinzip der Fischlunge ist unmöglich, da es nur einen Ausgang und eingang für ein und ausatmende Luft gibt. kleiner Diffusionsweg und Grosse respiratorische Oberfläche
Hierarchie der gefässe
Ventilationssystem
Perfusion
Tracheae, Bronchien, Bronchiolen, Alveolen die Gefässe des pulmonalen gasaustauschs sehr dünnwandig und klein aber eine Gesamtoberfläche von 140m2. Von Kapillaren umsponnen nur durche eine dünne Epithelschicht bedeckt. Daher Diffusions ẃeg sehr gering. Die Atemwege sind mit Schleimproduzierenden Zellen und Wimpern ausgekleidet welche Staub und andere Störfaktoren abtransportieren. Durchblutung der Lunge
respiratorische Proteine im Tierreich
positive Kooperativität
Myoglobin
2,3 Bisphoshogycerat
Hämoglobine, Hämocyanine (Mollusken und Arthropoden), Hämerythrine extazellulär und intrazellulär Hämocyanine haben kein eisen im aktiven Zentrum sondern Kupfer. Hämoglobin erhöht die Sauerstofftransportkapazität um 200 fache. Die Affinität des Hämoglobins zu Sauerstoff ist abhängig vom Sauerstoffpartialdruck. Bei niedrigem Partialdruck bindet nur eine der vier Bindunsgstellen. Durch die folgende Konformtionsänderung im Protein binden die anderen Bindungszentren nun schneller. Diesen Vorgang nennt man positive Kooperativität. Nach der 3. Bindung braucht es widerum einen grösseren Sauerstoffpartildruck um auch die 4. Stelle zum Binden zu bringen. nur in den Muskeln, eine Polypeptidkette mit einer Häm Gruppe, deutlich höhere Affinität für Sauerstoff. es bindet also Sauerstoff wenn Hämoglobin seinen Sauerstoff abgibt. 2,3 BPG bindet ebenfalls an Hämoglobin. Es setzt damit die Affinität für Sauerstoff herab und sorgt dafür dass sauerstoff eher abgegeben wird. bei zunehmender Höhe wird steigt die Konzentration des 2,3 BPG durch die Erhöhing der Erythrocytenzahl und verschiebt die Sauerstoffsättigungskurve nach rechts.
variable Sauerstoffaffinität von hämoglobin
Der Fetus im Mutterleib hat anstatt 2 alpha und 2 betta einheiten 2 alpha und 2 gamma einheiten. Dieses Hämoglobin bindet Sauerstoff mit einer höheren Affinität was die Aufnahme des vom Hämoglobin der mutter abgegebenen Sauerstoffs erleichtert. Bohr Effekt: bei muskulärer Aktivität sinkt der ph im Muskel. Die freien Protonen binden an das Hämo. sodass sauerstoff schlechter bindet und schneller abgegeben wird. positiver Bohr Effek, negativer Bohr effekt bei Limulus polyphemus
