Kohlendioxid (CO₂), ein Abfallprodukt des Stoffwechsels, wird über den Blutkreislauf von den Geweben zu den Lungen transportiert. In den Lungenkapillaren diffundiert CO₂ in die Alveolen und wird ausgeatmet – ein passiver Prozess, der von Konzentrationsgradienten angetrieben wird.
Prinzipien der Diffusion
Diffusion bewegt Moleküle von höherer zu niedrigerer Konzentration ohne Energiezufuhr. Die Rate hängt ab von:
- Konzentrationsgradient: Steiler Gradient = schnellere Diffusion. Venenblut hat hohen PCO₂ (~45 mmHg); Alveolarluft hat niedrigen PCO₂ (~40 mmHg).
- Oberfläche: Alveolen bieten ~70 m² für den Gasaustausch.
- Membrandicke: Die Alveolarkapillaren-Barriere ist ultra-dünn (~0,5 µm), minimiert den Diffusionsweg.
- Temperatur: Höhere Temperatur erhöht die molekulare kinetische Energie und Diffusionsrate.
- Löslichkeit: CO₂ ist ~20× löslicher in Wasser als O₂, was schnelle Gleichgewichterleichterung ermöglicht.
Schritte der CO₂-Diffusion in der Lunge
- CO₂ diffundiert von roten Blutkörperchen → Plasma → Kapillarenendothel → Interstitium.
- Überquert das Alveolarepithel (Typ-I-Pneumocyten) in den Alveolarraum.
- Wird über den Bronchialbaum ausgeatmet.
Physiologische Verbesserungen
- Kohlenhydratanhydrase in Erythrozyten wandelt HCO₃⁻ + H⁺ rasch in CO₂ + H₂O um und hält den Gradient aufrecht.
- Belüftungs-Perfusions-Matching stellt sicher, dass frische Alveolarluft perfundierte Kapillaren kontaktiert.
- Hoher Herzzeitvolumen während des Trainings erhöht die CO₂-Lieferung und -Entfernungskapazität.
Effiziente CO₂-Entfernung ist kritisch für den Säure-Basen-Haushalt. Beeinträchtigte Diffusion (z. B. Lungenfibrose, Ödeme) verursacht Hyperkapnie und respiratorische Azidose.
