Homöostase ist die Aufrechterhaltung eines stabilen inneren Milieus. Die Lungen sind zentral dazu durch Gasaustausch, pH-Regulation und Fluidbalance.
1. Ventilationskontrolle
- Zentrale Atmungszentren: Medulla (Rhythmusgeneration: präBötzinger-Komplex), Pons (apneustisch/pneumotaktische Zentren modulieren Frequenz/Tiefe).
- Periphere Chemorezeptoren (Karotis/Aortenkörper): Erfassen ↓PaO₂, ↑PaCO₂, ↓pH → ↑Ventilation.
- Zentrale Chemorezeptoren (Medulla): Erfassen LiquorpH (angetrieben durch PaCO₂) – primärer Antrieb.
- Lungenstreckrezeptoren (Lungen-C-Fasern, SARs): Hering-Breuer-Reflex verhindert Überinflation.
- Höhere Gehirnzentren: Willkürliche Kontrolle, emotionale Modulation (limbisch), kortikale Überschreibung.
2. Gasaustausch-Homöostase
- O₂-Aufnahme: Alveolo-kapillare Diffusion → bindet Hb (kooperative Bindung, Bohreffekt). Lieferung = CO × CaO₂.
- CO₂-Entfernung: Diffusionsgradient (PaCO₂ → Alveole). CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻ (Kohlenstoffanhydrase).
- V/Q-Matching: Hypoxische pulmonale Vasokonstriktion leitet Durchfluss zu belüfteten Alveolen um.
3. Säure-Basen (pH) Homöostase
- Respiratorische Kompensation: ↑PaCO₂ → ↑Ventilation (Minuten-Stunden); ↓PaCO₂ → ↓Ventilation.
- Bikarbonat-Puffer: Sofortig. Lungen kontrollieren PaCO₂ (flüchtige Säure); Nieren kontrollieren HCO₃⁻ (feste Säure) über Tage.
- Henderson-Hasselbalch: pH = 6,1 + log([HCO₃⁻]/0,03×PaCO₂).
4. Fluidbalance
- Insensibler Wasserverlust: ~300–400 mL/Tag durch befeuchtete Ausatemluft (gesättigt bei 37 °C).
- Alveoläre Flüssigkeitsabklärung: Aktiver Na⁺-Transport (ENaC, Na⁺/K⁺-ATPase) treibt Wasserabsorption an – verhindert Lungenödem.
- Surfactant: Reduziert Oberflächenspannung, verhindert Alveolarkollaps, erhält Compliance.
5. Abwehr-Homöostase
- Mukoziliarer Elevator, Alveolärmakrophagen, IgA, antimikrobielle Peptide, Hustenreflex.
Klinische Relevanz
Versagen eines Mechanismus → Atemversagen (Typ I: Hypoxämie; Typ II: Hyperkapnie), Säure-Basen-Störungen, Lungenödem, Infektion. Verständnis dieser Homöostaseschleifen leitet Beatmungsmanagement, Sauerstofftherapie und Intensivmedizin.
