Atemzentrum, im verlängerten Mark (Medulla oblongata) des Gehirns der Säugetiere und des Menschen liegendes, der Atmungsregulation dienendes nervöses Zentrum. Neurone für die Einatmung (Inspiration) befinden sich beim Menschen im Mittelfeld der unteren Medulla, diejenigen für die Ausatmung (Expiration) weiter dorsal und lateral. Im Pons befinden sich übergeordnete Schaltstellen für Hemmung und Erregung der Atmung. Da die inspiratorischen und die expiratorischen Neuronen verstreut in der Medulla liegen, spricht man allerdings besser von einem Rhythmusgenerator als einem Zentrum. Die inspiratorischen Neuronen sind spontanaktiv. Sie regeln Atemtiefe, Atemfrequenz und Atemform (z.B. bei der Lauterzeugung), wobei periphere Rezeptoren (an der Arteria carotis und den großen Lungenaorten), die vor allem auf Erniedrigung des Sauerstoffpartialdrucks (pO₂) ansprechen und Strukturen in der Medulla, die vor allem auf den Kohlenstoffdioxidpartialdruck (pCO₂) oder die Wasserstoffionen-(H⁺-)Konzentration reagieren, eine wichtige Rolle spielen ( vgl. Abb. ). Für die Atmungsregulation der Säugetiere gilt, dass der zentrale Atemrhythmus durch eine wechselseitige Entladung inspiratorischer und expiratorischer Neuronen, die sich gegenseitig hemmen, hervorgerufen wird ( vgl. Abb. ). Zusätzlich wird durch Dehnung der Lungen die Atmung gehemmt (Hering-Breuer-Reflex) und dadurch sowohl die Atemtiefe gesteuert, als auch eine Überdehnung der Lunge verhindert.

Atemzentrum: Verschaltung der hemmenden und erregenden Neuronen im Inspirations- und Expirationszentrum mit dem Regelkreis des Hering-Breuer-Reflexes. (Rα-Neuron = inspiratorisches Neuron; Rβ-Neuron = zwischengeschaltetes Interneuron)

Atemzentrum: Spezifische und unspezifische Reize wirken auf das Atemzentrum und beeinflussen Atemfrequenz und –tiefe