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Durch diesen lebenswichtigen Vorgang gelangt der Sauerstoff aus der Luft ins Blut, und das Kohlendioxid - ein Abfallprodukt der Nahrungsverwertung im Stoffwechsel - wird nach außen abgegeben. Der Gasaustausch findet in den Lungenbläschen statt. Ihre Wände bestehen nur aus einer einzigen Lage Zellen, und sie sind von Blutkapillaren umgeben, deren Wandungen ebenfalls nur eine Zelle dick sind. Zwischen diesen Zellen hindurch geht der Sauerstoff ins Blut, das den Sauerstoff zum Herzen und von dort durch den ganzen Körper transportiert. Gleichzeitig kommt das gasförmige Kohlendioxid aus dem Blut in die Lungenbläschen und von dort aus wird es ausgeatmet.
Die Luft wird angesaugt, wenn das Zwerchfell, ein kräftiger Muskel unterhalb der Lunge, sich nach unten bewegt (siehe Bild unten), so dass sich der Brustkorb, an dem die Lunge befestigt ist, vergrößert. Daraufhin dehnt sich die Lunge aus und wird mit Luft gefüllt. Wenn sich das Zwerchfell anschließend entspannt, schrumpft auch die Lunge , und die Luft wird nach außen gedrückt.
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Lunge wird mit Luft gefüllt
Beim Menschen liegt die Lunge wie bei den anderen Wirbeltieren im Brustkorb. Er ist außen von den Rippen umschlossen, und seine untere Begrenzung bildet das kuppelförmige Zwerchfell. Die Rippen sind nach vorn und unten gerichtet. Wenn sie von der Zwischenrippenmuskulatur angehoben werden, dehnt sich der Brustkorb. Eine weitere Vergrößerung des Brustkorbvolumens ergibt sich durch die nach unten gerichtete Zusammenziehung des Zwerchfells. Innerhalb des Brustkorbs wird die Lunge durch den äußeren Luftdruck eng an die Brustkorbwand gedrückt. Deshalb dehnt sich die Lunge mit dem Brustkorb aus, so dass sie sich über die oberen Atemwege mit Luft füllt. Entspannen sich die Muskeln, die den Brustkorb erweitert haben, können entgegengesetzt arbeitende Muskeln wieder die Ausgangsposition herstellen, wobei die Luft aus der Lunge gedrückt wird. Bei einem Atemzug werden in der Regel etwa 500 Kubikzentimeter (das Atemvolumen) Luft ein- und ausgeatmet. Darüber hinaus kann man etwa weitere 3300 Kubikzentimeter, das inspiratorisches Reservevolumen, durch kraftvolles Einatmen aufnehmen und anschließend wieder ausatmen. Nochmals 1000 Kubikzentimeter, expiratorisches Reservevolumen genannt, kann man durch kräftiges Ausatmen ausstoßen. Die Summe dieser drei Volumien nennt man Vitalkapazität. Etwa 1200 Kubikzentimeter Luft, Restvolumen genannt, bleiben immer in der Lunge und können nicht ausgeatmet werden.
Das wichtigste Nervenzentrum für die Steuerung von Atemtiefe und -geschwindigkeit ist das Atemzentrum in der Brücke und dem verlängerten Mark des Hirnstammes. Die Zellen dieses Zentrums nehmen den Säuregehalt des Blutes wahr, in dem sich die Kohlendioxidkonzentration im Blutplasma widerspiegelt. Ein hoher Säuregrad entsteht in der Regel durch zu große Mengen an Kohlendioxid: Stellt er sich ein, regt das Atemzentrum die Atemmuskulatur zu stärkerer Aktivität an. Bei niedriger Kohlendioxidkonzentration wird die Atmung verlangsamt.
