Überblick über die Pulmonalrespiration
Gasaustausch – die Bewegung von Sauerstoff in den Blutkreislauf und Kohlendioxid heraus – erfolgt über die Alveolär-Kapillaren-Membran. Dieser kontinuierliche Zyklus erhält den Zellstoffwechsel und den Säure-Basen-Haushalt aufrecht.
1. Inspiration: Luft hereinsaugen
- Muskelkontraktion: Zwerchfell flacht ab; äußere Zwischenrippenmuskeln heben den Rippenkorb.
- Volumen- und Druckänderung: Thoraxvolumen erhöht sich → intrapulmonaler Druck sinkt unter den atmosfärischen Druck.
- Luftstrom: Luft tritt ein über Nase/Mund → Trachea → Bronchien → Bronchiolen → Alveolen.
2. Alveoläre Diffusion: Die Austauschschnittstelle
- Massive Oberfläche: ~300 Millionen Alveolen bieten ~70 m² für Diffusion.
- Ultra-dünne Barriere: Alveoläres Epithel + Kapillar-Endothel + verschmolzene Basalmembranen ≈ 0,5 µm.
- Teildruckgradienten: O₂ bewegt sich von der Alveolarluft (PAO₂ ~100 mmHg) ins Kapillarblut (PaO₂ ~40 mmHg); CO₂ bewegt sich vom Blut (PvCO₂ ~45 mmHg) in die Alveolen (PACO₂ ~40 mmHg).
- Schnelle Gleichgewichtung: Diffusion ist innerhalb von 0,25 Sekunden abgeschlossen; Transitzeit beträgt ~0,75 Sekunden, was eine Sicherheitspanne bietet.
3. Expiration: CO₂ entfernen
- Passiver Prozess (in Ruhe): Inspiratorische Muskeln entspannen → elastischer Rückzug von Lunge/Thoraxkorb → Volumen verringert sich → Druck steigt über atmosfärischen Druck.
- Luftausfluss: CO₂-reiche Luft reist zurück durch Bronchien, Trachea und aus der Nase/dem Mund.
- Aktive Expiration (bei Anstrengung): Innere Zwischenrippenmuskeln und Bauchmuskeln ziehen sich zusammen, um Luft schneller auszupressen.
Klinische Relevanz
Bedingungen, die die Alveolärmembran verdicken (pulmonale Fibrose), die Oberfläche reduzieren (Lungenemphysem), die Belüftung beeinträchtigen (Asthma, COPD) oder die Perfusion stören (Lungenembolie), beeinträchtigen alle den Gasaustausch, was zu Hypoxämie und/oder Hyperkapnie führt.
