26.21 : Chemische Faktoren, die das Atmungszentrum beeinflussen

Chemische Faktoren wie Veränderungen der CO_2-, O_2- und H^+-Werte im arteriellen Blut spielen eine entscheidende Rolle bei der Beeinflussung der Atemtiefe und -frequenz. Diese Schwankungen werden von Chemorezeptoren erkannt – spezialisierten Sensoren, die sich in zwei Hauptbereichen des Körpers befinden. Zentrale Chemorezeptoren finden sich im gesamten Hirnstamm, einschließlich der ventrolateralen Medulla, während sich periphere Chemorezeptoren im Aortenbogen und in den Halsschlagadern befinden.

CO_2 hat einen starken Einfluss auf die Atmung und wird streng reguliert. Unter normalen Bedingungen liegt der arterielle pCO_2-Wert bei 40 mmHg mit kleinen Schwankungen zwischen 38 und 42 mmHg. Ein Anstieg des PCO_2-Werts, bekannt als Hyperkapnie, führt zu einer Ansammlung von CO_2 im Gehirn. Dieses CO_2 wird hydratisiert und bildet Kohlensäure, die dissoziiert und H^+ freisetzt, was zu einem Abfall des pH-Werts führt. Dieser Anstieg des H^+-Werts stimuliert zentrale Chemorezeptoren, die eng mit den Atmungsregulationszentren verbunden sind. Das Ergebnis ist eine Zunahme der Atemtiefe und -frequenz, die durch zentrale und periphere Chemorezeptoren ermöglicht wird. Diese erhöhte Belüftung eliminiert CO_2 schnell aus dem Blut und erhöht den pH-Wert des Blutes. Umgekehrt verlangsamt sich die Atmung und wird flach, wenn der pCO_2-Wert ungewöhnlich niedrig ist.

Veränderungen des arteriellen pH-Werts können die Atemfrequenz und den Atemrhythmus verändern, unabhängig von CO_2- und O_2-Werten. Wenn der arterielle pH-Wert sinkt, versucht das Atmungssystem dies auszugleichen, indem es die Atemfrequenz und -tiefe erhöht, um CO_2 aus dem Blut zu entfernen. Dieser Prozess wird durch die peripheren Chemorezeptoren vermittelt, da H^+ die Blut-Hirn-Schranke nicht passiert.

Periphere Chemorezeptoren reagieren empfindlich auf den arteriellen O_2-Gehalt und werden zum Hauptantrieb der Atmung, wenn der arterielle pO_2 unter 60 mm Hg fällt. Die peripheren Chemorezeptoren reagieren, indem sie reflexartig die Ventilation erhöhen. Obwohl eine erhöhte Ventilation zu Hypokapnie und einem Anstieg des Blut-pH-Wertes führen kann, was die Atmung hemmen könnte, überwiegt in der Regel das Bestreben, eine schwere Hypoxie zu korrigieren, indem die erhöhte Ventilation aufrechterhalten wird, bis der O_2-Spiegel wiederhergestellt ist.