Atmungssystem und CO2-Ausscheidung: Mechanismen, Transport und klinische Relevanz

Die Entfernung von Kohlendioxid (CO2) ist ein mehrstufiger Prozess, der pulmonalen Gasaustausch, Beatmungskontrolle und Bluttransportchemie integriert. Störungen verursachen Säure-Basen-Störungen mit ernsthaften Konsequenzen.

CO2-Entfernung: Ein mehrstufiger Prozess

1. Pulmonaler Gasaustausch

In den Alveolen diffundiert CO2 aus dem Lungenkapillarblut (PCO2 ~45 mmHg) in die Alveolarluft (PCO2 ~40 mmHg) den Partialdruckgradient entlang. Gleichzeitig gelangt O2 ins Blut.

2. Beatmungskontrolle

Zentrale Chemorezeptoren (Medulla) reagieren auf Liquor-pH (getrieben durch arterielle PCO2). Periphere Chemorezeptoren (Karotis/Aortenknospen) reagieren auf PaO2, PaCO2, pH. ↑PCO2 → ↑Beatmung (Rate × Tidalvolumen).

3. CO2-Transport im Blut (drei Formen)

• Gelöst (10 %): CO2 physikalisch im Plasma gelöst.
• Carbamihämoglobin (20–30 %): CO2 bindet an Hämoglobin-Aminotermini.
• Bicarbonat (60–70 %): CO2 + H2O ⇌ H2CO3 ⇌ H+ + HCO3− (katalysiert durch Karbonanhydrase in Erythrozyten). HCO3− verlässt den Erythrozyten im Austausch gegen Cl− (Hamburger Schaltvorgang). H+ wird durch Hämoglobin gepuffert.

4. Ausatmung

In der Lunge kehren die Reaktionen um: HCO3− tritt erneut in den Erythrozyten ein, verbindet sich mit H+ → H2CO3 → CO2 + H2O → CO2 diffundiert in Alveolen → ausgeatmet.

Klinische Relevanz

• Hypoventilation → respiratorische Azidose (↑PCO2, ↓pH).
• Hyperventilation → respiratorische Alkalose (↓PCO2, ↑pH).
• CO2-Transport beeinträchtigt bei Anämie, Karbonanhydrase-Inhibition.