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Physiologie

Diffusion der Atemgase

Steckbrief

Der Gasaustausch zwischen Blut und alveolärem Gasgemisch findet passiv durch Diffusion statt. Nach dem Fick´schen Diffusionsgesetz steigt der Diffusionsstrom proportional zur Austauschfläche und der Partialdruckdifferenz und sinkt mit steigender Diffusionsstrecke.

Die treibende Kraft für die Atemgasdiffusion von der Alveole ins Blut der Lungenkapillare und umgekehrt ist die Partialdruckdifferenz der Gase O2 und CO2.

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Verlauf der Sauerstoffaufnahme aus der Alveolarluft

Schematische Darstellung der O2-Aufnahme aus einer Alveole in das Kapillarblut. Die O2-Aufnahme erfolgt nur, wenn Alveole und Lungenkapillare in einen engen Kontakt treten (Kontaktstrecke zwischen A und B). Beim Lungengesunden erreicht bei einem normalen Herzzeitvolumen der pO2 im Kapillarblut bereits nach etwa einem Drittel der Kontaktstrecke den alveolären pO2-Wert und es erfolgt im weiteren Verlauf der Kontaktstrecke keine Nettoaufnahme von O2 mehr (Diffusionsgleichgewicht).

(Quelle: Behrends et al., Duale Reihe Physiologie, Thieme, 2021)

Die Kontaktzeit zwischen Blut und Alveole ist gering. Die große Oberfläche der Alveolen und die geringe Diffusionsstrecke machen aber einen erfolgreichen Gasaustausch möglich.

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    Fick’sches Diffusionsgesetz

    Der eigentliche Gasaustausch zwischen Blut und alveolärem Gasgemisch findet passiv durch Diffusion statt. Hierbei müssen die Gasmoleküle die Alveolarmembran überwinden.

    Der Diffusionsstrom der Gasmoleküle ist abhängig vom Partialdruckunterschied des jeweiligen Gases zwischen Alveolarraum und Blut, von der Diffusionsstrecke und von der Austauschfläche. Dieser Zusammenhang lässt sich physikalisch durch das Fick’sche Diffusionsgesetz beschreiben:

    Equation

    Hierbei ist:

    • Equation = Diffusionsstrom

    • Equation = Austauschfläche

    • Equation = Diffusionsstrecke

    • Equation = Partialdruckdifferenz

    • Equation = Krogh'scher Diffusionskoeffizient

    Der Diffusionsstrom steigt proportional mit der Austauschfläche und der Partialdruckdifferenz und fällt umgekehrt proportional zur Diffusionsstrecke.

    Der Faktor ist der und eine Konstante, die die Durchlässigkeit der Alveolarmembran für O und CO widerspiegelt. ist für CO ca. 20-mal größer als für O. Deshalb reichen für den CO-Austausch auch die kleineren Partialdruckunterschiede zwischen Alveolarluft (40 mmHg; 5,3 kPa) und Blut (46 mmHg; 6,13 kPa) aus. Bei mäßigen Diffusionsstörungen ist daher zunächst nur der arterielle O-Partialdruck erniedrigt, während der arterielle CO-Partialdruck noch normal ist.

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      zuletzt bearbeitet: 04.08.2022
      Fachlicher Beirat: Prof. Dr. med. Armin Kurtz, 26.07.2022
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