Gasaustausch ist der lebenswichtige Prozess, bei dem Sauerstoff (O₂) ins Blut eintritt und Kohlendioxid (CO₂) entfernt wird. Er erfolgt kontinuierlich in den Alveolen der Lunge.
Schritt-für-Schritt-Prozess
- Ventilation (Einatmung): Luft tritt ein über Nase/Mund → Luftröhre → Bronchien → Bronchiolen → Alveolarsäcke.
- Alveolärer Aufbau: ~480 Millionen Alveolen; Wände eine Zelle dick (~0,5 µm); umgeben von dichtem Kapillarenetz. Gesamtoberfläche ~70 m².
- Diffusion (O₂): Partialdruckgradient treibt O₂ von der Alveolarluft (PₐO₂ ~100 mmHg) ins Kapillarenblut (PvO₂ ~40 mmHg). O₂ bindet an Hämoglobin (Hb) in den RBCs.
- Transport: Oxyhämoglobin reist über Lungenvenen → linkes Herz → systemische Arterien → Gewebskapillaren.
- Gewebeaustausch: O₂ dissoziiert von Hb (erleichtert durch niedrigen pO₂, hohen pCO₂, niedrigen pH, Wärme – Bohreffekt) und diffundiert in Zellen für mitochondriale Atmung.
- CO₂-Produktion: Zellulärer Stoffwechsel erzeugt CO₂; diffundiert in Kapillaren.
- CO₂-Transport: Drei Formen: gelöst (10 %), Bicarbonat (HCO₃⁻, 70 % über Karbonanhydrase), Carbamino-Hb (20 %).
- Ausatmung: CO₂ diffundiert von Lungenkapillaren (PvCO₂ ~45 mmHg) in Alveolen (PₐCO₂ ~40 mmHg) → ausgeatmet.
Wichtige Prinzipien
- Ficksches Gesetz: Diffusionsrate ∝ (Fläche × ΔP) / Dicke. Emphysem ↓ Fläche; Fibrose ↑ Dicke; beides beeinträchtigt den Austausch.
- Ventilation-Perfusion (V/Q) Angleichung: Optimal, wenn Alveolar-Luftstrom Kapillarenblutfluss entspricht. Missverhältnis verursacht Hypoxämie.
- Oxyhämoglobin-Dissociationskurve: Sigmoidale Form ermöglicht Beladung in der Lunge (hoher pO₂) und Entladung im Gewebe (niedriger pO₂).
Klinische Relevanz
Beeinträchtigter Gasaustausch liegt Atemversagen (hypoxämisch, hyperkapnisch) zugrunde, leitet Beatmungsmanagement und erklärt Höhen-/Hypoxiephysiologie.
Dieser elegante, passive Prozess erhält jede aerobe Zelle im Körper.
