Atmungsmechanik: Ventilation, Gasaustausch und pH-Regulation

Atmung (pulmonale Ventilation) ist der mechanische Prozess des Lufttransports zwischen Atmosphäre und Alveolen, um Gasaustausch zu ermöglichen und den Säure-Basen-Haushalt aufrechtzuerhalten.

Phasen der Ventilation

• Inspiration (aktiv): Zwerchfell kontrahiert (senkt den Pleuradruck), äußere Rippenmuskeln heben die Rippen → Lungenausdehnung → Luft strömt einem Druckgefälle folgend ein.
• Exspiration (passiv in Ruhe): Elastischer Rückzug der Lunge und der Brustwand + Entspannung der Inspirationsmuskulatur → erhöhter Alveolardruck → Luft strömt aus. Bei erzwungener Exspiration werden innere Rippenmuskeln und Bauchmuskeln rekrutiert.

Gasaustausch

• O₂ diffundiert von den Alveolen (PO₂ ~100 mmHg) → pulmonales Kapillarblut (PO₂ ~40 mmHg).
• CO₂ diffundiert vom Blut (PCO₂ ~45 mmHg) → Alveolen (PCO₂ ~40 mmHg).
• Geregelt durch Ficks Gesetz: Diffusion hängt von Oberfläche, Membrandicke, Teildruckgefälle und Diffusionskoeffizient ab.

pH-Regulation

CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻. Die Ventilation passt den arteriellen PCO₂ innerhalb von Minuten an, um metabolische Säure-Basen-Störungen zu kompensieren (respiratorische Kompensation).

Kontrolle der Ventilation

• Zentrale Chemorezeptoren (Medaulla): Reagieren auf Liquor-pH (gesteuert durch PCO₂).
• Periphere Chemorezeptoren (Karotis-/Aortakörper): Reagieren auf PO₂, PCO₂ und pH.
• Höhere Zentren: Willkürliche Kontrolle, emotionale und verhaltensbezogene Einflüsse.

Die Ventilation wird präzise reguliert, um arteriellen PO₂, PCO₂ und pH innerhalb enger physiologischer Grenzen zu halten.