Wie der Gasaustausch von Sauerstoff und Kohlendioxid funktioniert: Von der Atmung bis zur Zellatmung

1. Lungenventilation: Luft ein- und ausatmen

• Einatmen: Das Zwerchfell und die äußeren Zwischenrippenmuskeln ziehen sich zusammen und erweitern die Brusthöhle. Der intrapulmonale Druck fällt unter den Umgebungsdruck, sodass sauerstoffreiche Luft in die Alveolen strömt.
• Ausatmen: Die Muskeln entspannen sich, der elastische Rückzug reduziert das Lungenvolumen, der Druck steigt und kohlenstoffdioxidreiche Luft wird ausgestoßen.

2. Externe Atmung: Alveolärer Gasaustausch

Sauerstoff diffundiert aus der Alveolarluft (Teildruck ca. 100 mmHg) in das Kapillarenblut (pO₂ ca. 40 mmHg). Kohlendioxid bewegt sich in die entgegengesetzte Richtung – vom Kapillarenblut (pCO₂ ca. 45 mmHg) in die Alveolarluft (pCO₂ ca. 40 mmHg). Diese Austausche werden vollständig durch Teildruckgradienten angetrieben.

3. Gassch transport im Blut

• Sauerstoff: 98 % an Hämoglobin gebunden; 2 % im Plasma gelöst.
• Kohlendioxid: 70 % als Bicarbonat (HCO₃⁻), 23 % als Karbamino-Hämoglobin, 7 % gelöst.

4. Interne Atmung: Gewebegasaustausch

An den systemischen Kapillaren diffundiert Sauerstoff vom Blut in die Gewebe (niedriger pO₂), während Kohlendioxid aus den Geweben (hoher pCO₂) ins Blut diffundiert, um zu den Lungen zurückzukehren.

5. Regulation der Atmung

Zentrale Chemorezeptoren im Medulla oblongata und periphere Chemorezeptoren in den Karotis- und Aortakörpern überwachen Blut-pH, pCO₂ und pO₂ und passen die Beatmungsfrequenz und -tiefe an, um die Homöostase aufrechtzuerhalten.

Dieser kontinuierliche Zyklus erhält den aeroben Stoffwechsel und das Säure-Basen-Gleichgewicht im gesamten Körper aufrecht.