Atem- und Atemhilfsmuskulatur

Respiration

Als Respiration versteht man im engeren Sinn die äußere Atmung, auch Lungenatmung genannt. Neben dem eigentlichen Gasaustausch zwischen Alveolen und Lungenkapillaren umfasst der Begriff den An- und Abtransport der Gase über das Blut und die Luft.

• Die Respiration besteht demnach aus drei Teilkomponenten, welche den Gesamtprozess umfassen:
  • Ventilation: Belüftung der Alveolen, Austausch der Luft in den Alveolen mit der Umgebung
    • Wechselnder Aufbau von Druckunterschieden führen zum Luftaustausch
    • Inspiration: Einströmen von Luft, negativer Druck im Thorax
    • Exspiration: Ausströmen der Luft, positiver Druck im Thorax
  • Perfusion: Durchblutung der Kapillaren
  • Diffusion: Gastransport und -austausch über die Membran
• Der genaue Ablauf: Um die Druckverhältnisse für die Ein- und Ausatmung umzukehren, sind Atemmuskeln notwendig, die durch eine Kontraktion aktiv das Thoraxvolumen…
  • … Vergrößern (Inspiration), oder
  • … Verkleinern (Exspiration)
  • Cave: An der Exspiration sind zwar auch Atemmuskeln beteiligt, sie erfolgt allerdings primär passiv über die Rückstellkräfte der Lunge aufgrund der elastischen Fasern im Lungengewebe.
• Die Lunge folgt den Bewegungen der Thoraxwand aufgrund des im Pleuraspalt vorhandenen negativen Drucks (Donders-Unterdruck). Dieser Druck wirkt den elastischen Rückstellkräften der Lunge entgegen, die sich ansonsten zusammenziehen würde.
• Die Einatmung erfolgt aktiv, die Ausatmung passiv:
  • Der Alveolardruck beschreibt die Druckdifferenz zwischen der Atmosphäre und dem Alveolarraum.
  • Während der Inspiration wird der Alveolardruck negativ: Luft wird von der Umgebung in den Alveolarraum gesaugt → Erschlafft die Inspirationsmuskulatur, zieht sich die Lunge zusammen und erzeugt damit einen Überdruck (positiver Alveolardruck), wodurch die Luft aus den Lungen herausgetrieben wird (Exspiration).

Inspiration (Einatmung)

• Die frische sauerstoffreiche Luft aus der Umgebung wird bei der Inspiration bis in die Alveolen transportiert, wo der Gasaustausch stattfindet.
• Das „Ansaugen“ der Luft in die Lungen erfolgt aufgrund eines niedrigeren Drucks im Vergleich zur Umgebung. Entstehung des negativen Drucks durch:
  • Kontraktion der Atemmuskulatur
  • Negativer Druck im Pleuraspalt
• Bei der Inspiration weitet sich der Thorax, der Unterdruck nimmt zu, die Lunge entfaltet sich und die Luft strömt ein.
• Bezüglich der an der Atmung beteiligten Muskulatur lassen zwei Gruppen unterscheiden:
  • Atemmuskulatur: Beteiligung an der Ruheatmung und der forcierten Atmung unter Anstrengung
  • Atemhilfsmuskulatur: Beteiligung nur bei der forcierten Atmung

Inspiratorische Atemmuskulatur

• Diaphragma (Zwerchfell): Unterstützung der Bauchatmung, innerviert durch N. phrenicus
• Mm. intercostales externi (Äußere Zwischenrippenmuskulatur): Unterstützung der thorakalen Atmung
  • Verlaufen schräg nach ventral und kaudal von einer Rippe zu der darauf folgenden
  • Zusammen mit den Mm. intercostales interni und den Rippen bilden sie die Thoraxwand
  • Die Kontraktion bewirkt das Heben der Rippen und die Erweiterung des Thorax.
  • Ventrale Bedeckung der Muskeln durch die Fascia thoracica externa
  • Innervation: Nn. intercostales

Inspiratorische Atemhilfsmuskulatur

Musculus sternocleidomastoideus

• Dieser Muskel teilt durch seinen Verlauf den Hals in zwei Dreiecke, in das Trigonum colli laterale (seitliches Halsdreieck) und das Trigonum colli mediale (vorderes Halsdreieck).
• Der zweiköpfige Muskel unterteilt sich in ein Caput laterale und ein Caput mediale.
  • Ursprung Caput laterale: Clavicula
  • Ursprung Caput mediale: Manubrium sterni
• In der Halsmitte bilden die beiden Köpfe einen dicken runden Muskelbauch.
• Ansatz: laterale Seite des Processus mastoideus des Os temporale
• Innervation: Nervus accessorius und die Äste des Plexus cervicalis (C1 – C3/4)

Musculus scalenus anterior

• Ursprung: Tubercula anteriora der Processi transversi im Bereich der 3.–6. Halswirbel
• Verläuft schräg nach kaudal
• Ansatz: Tuberculum musculi scaleni anterior der ersten Rippe an
• Innervation: Äste der Spinalnerven im Bereich C5–C7
• Bei einer beidseitigen Kontraktion und einer fixierten Halswirbelsäule bewirkt der Muskel durch Hebung der ersten Rippe eine Erweiterung des Thorax.

Musculus scalenus medius

• Ursprung: Querfortsätze der Halswirbel 3–7
• Ansatz: erste Rippe, gelegentlich auch die zweite Rippe
• Innervation: Spinalnerven der Segmente C4–C7
• Bei einer beidseitigen Kontraktion bewirkt der Muskel eine Hebung der oberen Rippen und eine Vergrößerung des knöchernen Thorax.

Musculus scalenus posterior

• Ursprung: Tubercula posteriora der Querfortsätze der Halswirbel 5–6
• Ansatz: Außenfläche der zweiten Rippe bzw. der dritten Rippe
• Innervation: Rami anteriores der Spinalnerven der Segmente C7 und C8
• Bei einer beidseitigen Kontraktion ermöglicht dieser Muskel ebenfalls unterstützend das Heben des knöchernen Thorax.

Musculus pectoralis major

• Der kräftige, flächige „große Brustmuskel“ liegt über dem Musculus pectoralis minor, gehört zu den Brustmuskeln und verbindet den ventralen Schultergürtel mit dem Rumpf des Körpers. Aufgrund seiner großflächigen Lage unterteilt man ihn topografisch in drei Anteile:
  • Pars clavicularis: Ursprung an der medialen Clavicula
  • Pars sternocostalis: Ursprung am ipsilateralen Rand des Sternums sowie am Knorpel der 2.–6. Rippe
  • Pars abdominalis: Ursprung am vorderen Blatt der Aponeurose des Musculus rectus abdominis
• Ansatz: Die Fasern aller drei Anteile laufen zu einer flachen Sehne zusammen, welche an der Crista tuberculi majoris des Humerus ansetzt.
• Innervation: Nervus pectoralis medialis (C8–Th1) und Nervus pectoralis lateralis (C5–C7) des Plexus brachialis

Musculus pectoralis minor

• Ursprung: Ventrale Oberfläche der 3.–5. Rippe
• Verläuft nach kranial und lateral
• Ansatz: Als flache Sehne setzt er an der kranialen Oberfläche des Processus coracoideus der Scapula an.
• Innervation: Nervus pectoralis medialis (C8–Th1) und den Nervus pectoralis lateralis (C5–C7) des Plexus brachialis.

Musculus serratus posterior superior

• Ursprung: Dornfortsätze des 6. und 7. Halswirbels und des ersten und zweiten Brustwirbels
• Zackig verlaufenden Muskelfasern
• Ansatz: 2./3 –5. Rippe lateral des Angulus costae
• Innervation: Dieser Muskel gehört zu den eingewanderten Rückenmuskeln, die von den Rami anteriores der Spinalnerven innerviert werden (Th2–Th5)
• Bei einer Kontraktion hebt er die Rippen und dient damit der Unterstützung der Inspiration.

Musculus serratus posterior inferior

• Ursprung: Dornfortsätzen der letzten zwei Brustwirbel und den ersten beiden Lendenwirbeln
• Im Gegensatz zum Musculus serratus posterior superior verlaufen die Fasern von unten nach oben.
• Ansatz: 9.–12. Rippe
• Innervation: Als eingewanderter Rückenmuskel wird dieser ebenfalls durch die Rami Anteriores der Spinalnerven innerviert (Th11–L2).
• Bei einer beidseitigen Kontraktion werden die unteren Rippen nach dorsal und kaudal bewegt, was zu einer Thoraxverengung und damit eigentlich der Unterstützung der Exspiration dient. Die Unterstützung der Inspiration erfolgt indirekt und steht im Zusammenhang mit der Zwerchfellkontraktion. Demnach werden die unteren Rippen bei der Inspiration fixiert und dem Zug des Zwerchfells nach kranial und ventral entgegengewirkt, was für die Entfaltung der Lunge nicht förderlich wäre.

Musculus serratus anterior

Dieser Muskel gehört zur Brustmuskulatur und verbindet ebenfalls den Schultergürtel mit dem Rumpf. Er unterteilt sich in drei Anteile:

• Pars superior:
  • Ursprung 1.–2. Rippe
  • Ansatz: Scapula
  • Verantwortlich für die Hebung der Schulter
• Pars intermedia: 
  • Ursprung: 2.–3. Rippe
  • Ansatz: Margo medialis der Scapula
  • Größter Anteil des Muskels
  • Zieht die Scapula nach ventral
• Pars inferior:
  • Ursprung: 4.–9. Rippe:
  • Ansatz: Margo medialis und Angulus inferior der Scapula
  • Ermöglicht die Elevation des Arms
• Innervation: Alle drei Anteile werden durch den Nervus thoracicus longus des Plexus brachialis (C5–C7) innerviert.
• Bei fixiertem Arm dient er der Inspiration als Hilfsmuskulatur.

Exspiration (Ausatmung)

• Bei der Ausatmung wird die durch den Gasaustausch mit Kohlendioxid angereicherte sauerstoffarme Luft nach außen abgegeben.
• Zwei Prozesse sind maßgeblich an der Verkleinerung der Lunge und des Thorax mit resultierendem Ausstrom der Luft beteiligt:
  • Elastische Rückstellkräfte der Lunge
  • Erhöhung des Umgebungsdrucks durch Kontraktion der Atemmuskulatur
• Wie auch bei den inspiratorischen Muskeln erfolgt eine Unterscheidung der Muskulatur in Atemmuskeln und Atemhilfsmuskeln.

Exspiratorische Atemmuskulatur

• Diaphragma (Zwerchfell): 
  • Presst die Lunge bei einer Erschlaffung nach oben und fällt elastisch zusammen
  • Innervation: N. phrenicus
• Musculi intercostalis interni:
  • Ziehen vom Oberrand einer Rippe zum Unterrand der nächsten darüber gelegenen Rippe.
  • Die Kontraktion bewirkt eine Verengung der Interkostalräume und dadurch Verkleinerung des Thorax.
  • Innervation: Nn. intercostales

Exspiratorische Atemhilfsmuskulatur

Musculus rectus abdominis:

• Ursprung: Vorderfläche der fünften, sechsten und siebten Rippe
• Paariger, langer und nach vertikal verlaufender Skelettmuskel, gehört zur Bauchmuskulatur
• Ansatz: Die rechten und linken Muskeln treffen in der Linea alba aufeinander und setzten am Ramus superior des Os pubis sowie den Bändern der Symphysis pubica an.
• Innervation: Rami anteriores des 7.–12. Nn. thoracales bzw. Nn. intercostales (Th7–Th12) sowie des ersten und zweiten N. lumbalis (L1–L2)
• Als Besonderheit gilt, dass der M. rectus abdominis von drei Zwischensehnen (Intersectiones tendinae) vollständig und von einer vierten teilweise unterbrochen wird. Die Zwischensehnen unterteilen den Muskel in Segmente.
• Zwei breite Sehnenscheiden, die sogenannte Rektusscheide, umschließen den Muskel zusätzlich von ventral und dorsal.
• Die arterielle Versorgung wird über die Arteria epigastrica superior und Arteria epigastrica inferior gewährleistet.
• Der Musculus rectus abdominis erhöht die Spannung in der Bauchwand und steigert zusammen mit der Beckenboden- und der Kehlkopfmuskulatur den Druck im Abdomen („Bauchpresse“) → Förderung der Exspiration

Musculus transversus abdominis:

• Ursprung: Innenfläche der 11. und 12. Rippe, der Crista iliaca, dem Ligamentum inguinale, der Fascia thoracolumbalis (tiefes Blatt) und der Spina iliaca anterior superior
• Die Fasern verlaufen überwiegend horizontal.
• Ansatz: Linea alba und Os pubis, bildet mit seiner Aponeurose einen Anteil an der Rektusscheide
• Innervation:
  • Nn. intercostales (Th7–Th11)
  • Nervus ilioinguinalis
  • Nervus genitofemoralis
  • Nervus iliohypogastricus
  • Nervus subcostalis (Th 12)
• Bei einer beidseitigen Kontraktion werden die Bauchorgane eingedrückt und wirken so als Bauchpresse bei der Exspiration mit.
• Besonderheit: Anlagerung zusammen mit dem Musculus obliquus internus abdominis und dem Musculus cremaster am Samenstrang. Das Äquivalent bei der Frau* ist das Ligamentum teres uteri.

Musculus obliquus externus abdominis:

• Ursprung: Außenfläche der 5.–12. Rippe
  • Ursprungspunkte entsprechen den gezackten Ansätzen des Musculus serratus anterior
  • Bei athletischen Menschen zeigt sich eine gut sichtbare gezackte Linie von außen.
• Verläuft kaudal-medial und senkrecht zu den Fasern des Musculus obliquus internus abdominis.
• Die Ansatzpunkte lassen sich in ein Crus mediale und eine Crus laterale unterscheiden:
  • Crus mediale: Bildung der Rektusscheide, Einstrahlung in die Linea alba
  • Crus laterale: Ansatz an der Crista iliaca und am Tuberculum pubicum
  • Zwischen den beiden Crura ist ein Schlitz, der den äußeren Ring des Leistenkanals bildet.
• Innervation: Rami anteriores der Spinalnerven aus Th5–Th12
• Beteiligung an der Bauchpresse während der Exspiration

Musculus obliquus internus abdominis:

• Ursprünge:
  • Lamina profunda der Fascia thoracolumbalis
  • Laterale Hälfte des Ligamentum inguinale
  • Spina iliaca anterior superior
• Kranial-medialer Verlauf
• Ansatz: Unterrand der Rippenknorpel 9–12
• An der Bildung der Rektusscheide beteiligt
• Bildet gemeinsam mit dem Musculus obliquus externus den Musculus cremaster
• Innervation:
  • Rami anteriores der Spinalnerven aus Th8–Th12
  • Nervus ilioinguinalis
  • Nervus iliohypogastricus
  • Nervus genitofemoralis
• Beteiligung an der Bauchpresse während der Exspiration

Musculus erector spinae:

• Dieser zur Rückenmuskulatur gehörende Muskel gehört zu den nicht eingewanderten Rückenmuskeln und liegt der Wirbelsäule an.
• In der Gesamtheit wird diese autochthone Rückenmuskulatur in einen medialen und einen lateralen Teil gegliedert.
• Innervation: Dorsalen Äste der Spinalnerven
  • Rami mediales für den medialen Teil der Muskulatur
  • Rami laterales für den lateralen Teil der Muskulatur

Musculus quadratus lumborum:

• Gehört zur tiefen Bauchmuskulatur
• Ursprung: Crista iliaca und Ligamentum iliolumbale
• Ansatz: Unterrand der zwölften Rippe und Processus costales der Lendenwirbel 1–4.
• Innervation: Rami anteriores aus Th12–L3
• Bei einer forcierten Exspiration: fixiert freie Rippen