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Es Atemzentrum besteht aus mehreren Gruppen von Neuronen die sich im befinden Medulla oblongata und der schlagen. Diese Neuronen regulieren die Atmung. Man unterscheidet drei Gruppen von Neuronen:

1. eine dorsale Atmungsgruppe (befindet sich im dorsalen Teil des Medulla oblongata), die hauptsächlich für die Inhalation verantwortlich ist,
2. eine ventrale Atmungsgruppe (im ventrolateralen Teil des Medulla oblongata), der sowohl das Einatmen als auch das Ausatmen übernimmt,
3. das pneumotaktische Zentrum (im dorsalen Teil des schlagen), die die Atemfrequenz steuert.

Beatmungszentren

Die dorsale Atmungsgruppe der of Medulla oblongata

Diese Gruppe von Neuronen im dorsalen Teil des Medulla oblongata ist hauptsächlich für die Regulierung der Inhalation (= Inspiration) verantwortlich und spielt die wichtigste Rolle bei der Regulierung der Atmung. Diese Gruppe befindet sich in der Nukleustrakt solitarii. Dieser Bereich erhält sensorischen Input von zwei Hirnnerven:

1. das Nervus glossopharyngeus und
2. das Vagusnerv.

Dieser sensorische Input enthält Informationen von:

• Barorezeptoren;
• Chemorezeptoren;
• verschiedene Arten von Rezeptoren in der Lunge.

Alle diese Rezeptoren spielen eine Rolle bei der Kontrolle der Atmung.

Das von diesem Zentrum an die primäre Atemmuskulatur (und hauptsächlich an die Membran) erfolgt schrittweise. Dadurch entsteht eine sanfte Inspirationsbewegung. Das Signal beginnt schwach und wird zwei Sekunden lang stärker. Danach stoppt das Signal plötzlich und dauert etwa drei Sekunden, sodass die elastische Lunge und der Brustkorb in ihre Ausgangsposition zurückkehren (und damit ausatmen). Danach beginnt der Zyklus von neuem.

Die Inspirationsbewegung kann auf zwei Arten beeinflusst werden:

• Die Anstiegsgeschwindigkeit des Signals kann manipuliert werden und damit auch die Geschwindigkeit der Atembewegung. Beispielsweise führt ein schneller Anstieg der Signalstärke zu einer schnellen Füllung der Lunge.
• Der Punkt, an dem das Signal abrupt unterbrochen wird und die Ausatmung (= Ausatmung) beginnt. Je schneller das Signal stoppt, desto kürzer ist die Dauer der Inspirationsbewegung und desto schneller ist der Zyklus abgeschlossen. Dadurch wird auch die Atmung beschleunigt.

Das pneumotaktische Zentrum der schlagen

Dieses Zentrum befindet sich in der parabrachialer Kern des oberen Teils des Stempels. Seine Funktion besteht darin, zu bestimmen, wo das Atemsignal plötzlich unterbrochen werden sollte. Ein starkes pneumotaktisches Signal kann dazu führen, dass die Inhalation nur 0,5 s dauert, bevor das Signal abgebrochen wird. In dieser Situation sind die Lungen nur wenig gefüllt. Wenn die pneumotaktischen Signale schwach sind, kann die Atmung 5 s oder länger dauern, was zu einer größeren Lungenfüllung führt. Somit besteht die primäre Funktion des pneumotaktischen Zentrums darin, die Atembewegung zu begrenzen. Dies führt auch zu einer beschleunigten Atmung. Denn wird das Signal vorzeitig unterbrochen, erfolgt eine kurze Einatembewegung und damit auch eine kurze Ausatembewegung. Dies verkürzt die Dauer des gesamten Zyklus.

Die ventrale Atmungsgruppe der of Medulla oblongata

Bei normaler ruhiger Atmung ist dieses Zentrum inaktiv. Eine ruhige Atmung wird daher nur durch eine rhythmische Aktivierung verursacht, die eine Inspirationsbewegung und die anschließende elastische Rückführung von Lunge und Brustkorb in die Ausgangslage bewirkt. Bei hohen Anforderungen an die Atmung (zum Beispiel bei körperlicher Anstrengung) wird dieser Bereich jedoch aktiv. Es wurde auch entdeckt, dass nach elektrischer Stimulation bestimmter Neuronen dieses Bereichs eine Inspirationsbewegung auftrat. Wenn andere Neuronen stimuliert wurden, trat eine Ausatmungsbewegung auf. Dieser Bereich steuert somit sowohl das Einatmen als auch das Ausatmen bei anstrengender körperlicher Betätigung.

Sensoreingabe

Dehnungsrezeptoren

Die Dehnungsrezeptoren (Englisch: Dehnungsrezeptoren) befinden sich in den Muskelwänden des Bronchien und Bronchiolen. Diese geben ein Signal über die Vagusnerv zur dorsalen Atmungsgruppe der of Medulla oblongata. Diese Atemgruppe ist für die grundlegendste Regulierung der Atmung verantwortlich. Wenn sich die Rezeptoren dehnen, senden sie ein Signal an dieses Atemzentrum, sodass das Inspirationssignal unterbrochen wird. Diese Unterbrechung aufgrund von Dehnungsrezeptoren wird als bezeichnet Hering-Breuer-Reflex und ist analog zur Unterbrechung der Inspiration vom pneumotaktischen Zentrum des schlagen. Dieser Reflex wird jedoch nicht aktiviert, wenn die Atemzugvolumen weniger als eineinhalb Liter beträgt. Es wird daher vermutet, dass dieser Reflex eher eine Schutzfunktion als eine primäre Regulierung der Atmung hat.

Chemorezeptoren

Ausreichende Atmung sorgt für ausgewogene Konzentrationen von Sauerstoff (Ö₂) Kohlendioxid (CO₂) und Wasserstoffionen (H) im Gewebe. Daher reagiert die Atmung empfindlich auf Veränderungen der Konzentrationen dieser Substanzen. So hat beispielsweise ein Überschuss an Wasserstoffionen oder Kohlendioxid im Blut einen direkten Einfluss auf das Atemzentrum. Dies bewirkt eine Zunahme der motorischen Signale an die Atemmuskulatur. Die Sauerstoffkonzentration hingegen hat keinen direkten Einfluss auf das Atemzentrum. Die Sauerstoffkonzentration wird über die peripheren Chemorezeptoren gemessen, die sich im Aorta und der Halsschlagader. Diese Chemorezeptoren senden Signale an das Atemzentrum.

Siehe auch

• Lunge
• Gasaustausch
• Säure-Basen-Gleichgewicht