Gasaustausch in der Lunge

Der Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid zwischen der Atemluft und dem Blut geschieht über die Lungen und wird als Gasaustausch bezeichnet. Er  kann in folgende Teilfunktionen unterteilt werden: 

• Ventilation

• Diffusion und 

• Perfusion.

Ventilation 
Die Ventilation sorgt für die Belüftung des Alveolarraumes, d.h. für den Zutransport von Sauerstoff und den Abtransport von CO₂. Dabei wird Luft durch die Atembewegungen zwischen Trachea, Bronchien und Alveolen hin und her bewegt. Die Alveolarluft wird durch molekulare Diffusion ständig durchmischt.

Diffusion 
Unter Diffusion fasst man alle Vorgänge zusammen, durch die der Übertritt des Sauerstoffs von den Alveolen ins Blut und die Abgabe von CO₂ in umgekehrter Richtung möglich wird. CO₂ diffundiert ca. 20 - 25 mal leichter als O₂ , d.h. es gibt keine isolierten CO₂-Diffusionsstörungen. In den Bronchien findet kein Gasaustausch statt, zusammen mit Mund-, Nasen- und Rachenraum sowie der Trachea bilden sie den sogenannten Totraum.

Perfusion 
Die Perfusion sorgt für die Durchblutung der Lungen. Durch verschiedene Regulationsmechanismen werden Belüftung und Durchblutung der Alveolen aufeinander abgestimmt, indem die funktionelle Durchblutung in minder belüfteten Lungenbezirken gedrosselt wird.

 

Zusammensetzung der Luft

Raumluft enthält rund 78 % Stickstoff und 21 % Sauerstoff. Dazu kommen Spuren von CO₂ und weiteren Gasen, vor allem Edelgase.

Beim Einatmen wird die Luft in den Atemwegen angefeuchtet, so dass in den Bronchien bei einer Körpertemperatur von 37°C der pH₂O 47 mm Hg beträgt. Der Gasdruck für die trockenen Gase ist demnach 760 - 47 = 713 mm Hg und entsprechend liegt der pO₂ bei 149 mm Hg. Auf dem weiteren Weg in die Alveolen wird die Luft noch erheblichen Mengen an CO₂ ausgesetzt, so dass sich zusammenfassend bei einem Gesamtdruck von 760 mm Hg folgende durchschnittliche Werte ergeben (Abb. 1).

Einatmungsluft pO2 = 160 pCO2 = 0.3 pH2O = 5.7 pN2 = 594		Ausatmungsluft pO2 = 115 pCO2 =  33 pH2O =  47 pN2 = 565
Alveolarluft pO2 = 100 pCO2 =  40 pH2O =  47 pN2 = 573
Lungenarterie (venös) pO2 =  40 pCO2 =  46 pH2O =  47 pN2 = 573		Lungenvene (arteriell) pO2 = 100 pCO2 =  40 pH2O =  47 pN2 = 573

Abb. 1: Gasdrucke im Atmungssystem
Durchschnittliche Werte in mmHg der einzelnen Partialdrucke im Atmungssystem und in venösem bzw. arteriellen Blut. Die angegebenen Werte basieren auf einem "durchschnittlichen" Luftdruck von 760 mm Hg. 

 

Atemregulation

Die rhythmischen Bewegungen der Atemmuskulatur stehen vor allem unter der Kontrolle der Medulla oblongata (= verlängertes Mark).

Wichtigster Reiz für eine Zunahme von Atemtiefe und Atemfrequenz ist ein Anstieg des pCO₂ in Blut und Liquor cerebrospinalis. Die CO₂ -Konzentration wird von Chemorezeptoren der Medulla oblongata und peripher an der Verzweigung der Arteria carotis (Glomus caroticum) und am Aortenbogen (Glomera aortica) gemessen. Unter Normalbedingungen nimmt der Sauerstoffpartialdruck, der ebenfalls von peripheren Chemorezeptoren registriert wird, weit weniger Einfluss auf die Atmung als der pCO₂ .

20.01.2001 / hpk