Gasaustausch in der Lunge: Alveolär-kapillare Physiologie

Wo und wie Gasaustausch stattfindet

Die externe Respiration findet in den Alveolen statt – winzigen, dünnwandigen Luftsäckchen (ungefähr 300 Millionen pro Lunge), umgeben von dichten Lungenkapillaren.

Die Atemluft-Membran

• Schichten: Alveolarepithel (Typ-I-Pneumozyten) → verschmolzene Basalmembranen → Kapillaren-Endothel.
• Dicke: ~0,2–0,5 µm – optimiert für Diffusion.
• Oberfläche: ~70–100 m² (ungefähr die Größe eines Tennisplatzes).

Diffusionsprozess (Fick'sches Gesetz)

1. O₂: Alveolarluft (PₐO₂ ~100 mmHg) → Kapillarenblut (PᵥO₂ ~40 mmHg) → bindet an Hämoglobin.
2. CO₂: Kapillarenblut (PᵥCO₂ ~45 mmHg) → Alveolarluft (PₐCO₂ ~40 mmHg) → ausgeatmet.
3. Getrieben durch Teildruckgradienten; gleicht sich in ~0,25 Sekunden aus (Kapillaren-Transitzeit ~0,75 Sekunden).

Wichtige Faktoren, die die Effizienz beeinflussen

• Ventilations-Perfusions-Matching (V/Q): Ideales Verhältnis ~0,8; Missmatch verursacht Hypoxämie.
• Diffusionskapazität (DLCO): Reduziert bei Fibrose, Emphysem, Lungenödem.
• Hämoglobinkonzentration: Anämie senkt den O₂-Gehalt trotz normaler Sättigung.
• Herzzeitvolumen: Beeinflusst die Kapillaren-Transitzeit.

Klinische Relevanz

Beeinträchtigter Gasaustausch liegt der Hypoxämie bei COPD, ARDS, Lungenentzündung, Lungenfibrose und Lungenembolie zugrunde. Zusatz-O₂, mechanische Beatmung oder ECMO unterstützen den Diffusionsgradienten.