Alveolen sind die terminalen Gasaustausch-Einheiten der Lunge – etwa 480 Millionen bei Erwachsenen, die ungefähr 100 m² Oberfläche schaffen. Ihre Struktur ist exquisit für die Diffusion optimiert.
Strukturelle Anpassungen für die Diffusion
- Enorme Oberfläche: 70–100 m² (Tennisplatz) aus Millionen von 200–300 µm Säckchen.
- Minimale Diffusionsdistanz: Alveolarepithel (Typ-I-Pneumozyten) + Kapillarendothel + verschmolzene Basalmembranen = insgesamt 0,2–0,5 µm.
- Dichtes Kapillarenetz: Jede Alveole in Kapillarenmasche eingewickelt; Erythrozyten flach gegen die Wand gepresst.
- Surfactant (Typ-II-Pneumozyten): Dipalmitoylphosphatidylcholin senkt die Oberflächenspannung → verhindert Kollaps (Atelectase) bei geringem Volumen.
- Typ-I-Pneumozyten: Bedecken 95 % der Oberfläche; ultradünn (0,1 µm) für Gasaustausch.
- Typ-II-Pneumozyten: Produzieren Surfactant; dienen als Vorläuferzellen für Reparatur.
Physik des Gasaustauschs (Ficksches Gesetz)
Diffusionsrate ∝ (Oberfläche × ΔP × Löslichkeit) / (Dicke × √Molekülgewicht)
- O₂: Alveolärer PₐO₂ ~100 mmHg → Kapillärer PᵥO₂ ~40 mmHg → ΔP = 60 mmHg.
- CO₂: Kapillärer PᵥCO₂ ~45 mmHg → Alveolärer PₐCO₂ ~40 mmHg → ΔP = 5 mmHg.
- CO₂ diffundiert 20× schneller als O₂ (höhere Löslichkeit) trotz kleinerem Gradient.
Rolle des Hämoglobins
- Jedes Hb bindt 4 O₂ kooperativ (sigmoidale Dissociationskurve).
- Beladung in der Lunge (hoher PO₂, hoher pH, niedriger CO₂, niedriges 2,3-BPG).
- Entladung im Gewebe (niedriger PO₂, niedriger pH, hoher CO₂, hohes 2,3-BPG – Bohreffekt).
Beatmungs-Perfusion-Abgleich
- Ideal V̇/Q̇ = 1,0.
- Schwerkraft erzeugt Gradienten: Basis besser durchblutet, Apex besser belüftet.
- Hypoxische pulmonale Vasokonstriktion leitet Durchblutung von schlecht belüfteten Bereichen um.
Klinische Korrelate
- ARDS: Surfactant-Verlust, Ödem, Membrandickung → Diffusionsbeeinträchtigung.
- Lungenemphysem: Zerstörung der Alveolarwände → ↓ Oberfläche, ↑ Diffusionsdistanz.
- Lungenfibrose: Interstitielle Dickung → Diffusionsblockade.
- Höhe: Niedriger PₐO₂ → ↓ Treibdruck.
Die Alveolararchitektur ist ein Meisterwerk evolutionärer Ingenieurskunst – Gasaustausch maximieren bei minimaler Atemarbeit.
