Die meisten technologischen Systeme sind primitiv im Vergleich zur Fähigkeit des menschlichen Körpers, zahlreiche kritische Variablen und komplizierte biologische Prozesse präzise zu regulieren. Diese bemerkenswerte Fähigkeit, eine konsistente innere Umgebung aufrechtzuerhalten, wird als Homöostase bezeichnet. Das Atmungssystem – das die Nase, den Mund, die Lunge und mehrere andere an der Atmung beteiligte Organe umfasst – ist an verschiedenen wichtigen Aspekten der Homöostase beteiligt.
Sauerstoff rein, Kohlendioxid raus
Das Atmungssystem ist an einer Vielzahl von homöostatischen Prozessen beteiligt, von denen die beiden wichtigsten die Aufrechterhaltung des pH-Werts und die Regulierung des Gasaustauschs sind. Diese beiden homöostatischen Funktionen hängen mit der biochemischen Rolle der beiden primären Atemgase Kohlendioxid und Sauerstoff zusammen. Sauerstoff gelangt als Bestandteil der Atemluft in den Körper und wird von der Lunge verarbeitet. Kohlendioxid, das als Nebenprodukt des Zellstoffwechsels entsteht, gelangt über den Blutkreislauf in die Lunge und wird ausgeatmet.
Kohlendioxid und Sauerstoff
Die Aktivität des menschlichen Körpers ist eine Manifestation der kombinierten Arbeit von Billionen mikroskopischer Zellen. Der Körper braucht Nahrung zum Essen und Luft zum Atmen, und die Anforderungen einzelner Zellen sind ähnlich. Die grundlegende Reaktion, die das Zellleben ermöglicht, wandelt Glukose und Sauerstoff in Kohlendioxid, Wasser und Energie um. Aus diesem Grund ist die Sauerstoffversorgung des Blutkreislaufs ein kritischer Aspekt der Homöostase – bei unzureichendem Sauerstoff können Zellen keine Energie herstellen. Auch Kohlendioxid muss sorgfältig gehandhabt werden, damit sich dieses Abfallprodukt nicht in problematischen Mengen ansammelt. Durch Ein- und Ausatmen ist das Atmungssystem in der Lage, Sauerstoff aufzunehmen und Kohlendioxid abzugeben, und spielt somit eine dominante Rolle beim homöostatischen Gasaustausch.
Der richtige pH-Wert
Die Säure oder Alkalinität einer Substanz wird anhand der pH-Skala gemessen, die typischerweise von 0 bis 14 reicht. Viele biologische Strukturen und Prozesse sind darauf ausgelegt, in einem engen pH-Bereich zu arbeiten. Proteine zum Beispiel erfahren nachteilige strukturelle Veränderungen, wenn sie einer Umgebung mit falschem pH-Wert ausgesetzt werden. Der pH-Wert einer Substanz hängt von ihrer Konzentration an Wasserstoffionen ab. Die Konzentration von Wasserstoffionen im Blut hängt von der Kohlendioxidkonzentration ab, die direkt durch die Atemwege beeinflusst wird. Somit spielt das Atmungssystem eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung des menschlichen Blutkreislaufs auf dem optimalen pH-Wert.
Zusätzliche respiratorische Rollen
Das Atmungssystem ist an mehreren anderen Prozessen beteiligt, die mit der Fähigkeit des Körpers zusammenhängen, trotz innerer und äußerer Belastungen konstant gesund und funktionsfähig zu bleiben. Die warme und feuchtigkeitshaltige Ausatemluft reguliert den Wassergehalt und die Innentemperatur des Körpers, und die Bewegung der Lunge trägt zu einer optimalen Durchblutung bei. Die Atemwege beeinflussen die Zusammensetzung des durch die Lunge strömenden Blutes und schützen den Körper vor den zahlreichen Mikroben und Schadstoffen, die zusammen mit der Luft eingeatmet werden.