Gasaustausch in der Lunge: Wie Sauerstoff und Kohlendioxid die Alveolärkapillarenmembran überqueren

Der pulmonale Gasaustausch erfolgt durch passive Diffusion entlang partieller Druckgradienten über die Alveolärkapillarenmembran.

Der Prozess

1. O₂-Diffusion: Alveolärer P_O₂ (~100 mmHg) > Kapillärblut-P_O₂ (~40 mmHg) → O₂ gelangt ins Blut, bindet an Hämoglobin
2. CO₂-Diffusion: Kapillärblut-P_CO₂ (~45 mmHg) > Alveolärer P_CO₂ (~40 mmHg) → CO₂ gelangt in Alveolen, ausgeatmet

Faktoren, die die Diffusion beeinflussen (Ficksches Gesetz)

• Oberfläche: ~70 m² bei Erwachsenen (Lungenemphysem, Fibrose reduzieren sie)
• Membrandicke: ~0,5 μm normal (Ödem, Fibrose erhöhen sie)
• Partieller Druckgradient: Aufrechterhalten durch Ventilation (alveolär) und Perfusion (kapillär)
• Diffusionskoeffizient: CO₂ diffundiert ~20x schneller als O₂ (höhere Löslichkeit)

Perfusion-limitiert vs. Diffusion-limitiert

• Normaler O₂-Austausch: Perfusion-limitiert (gleicht sich früh im Kapillar aus; begrenzt durch Blutfluss)
• Krankheit/Belastung/hohes Gebirge: Kann diffusion-limitiert werden (unzureichende Zeit für Gleichung)
• CO₂-Austausch: Immer perfusion-limitiert (hohe Löslichkeit)

Dieser elegante passive Prozess erhält das aerobe Leben aufrecht.