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Pulmonaler Gasaustausch

Die alveolären O2- bzw. CO2-Fraktionen sind vom Verhältnis der O2-Aufnahme bzw. CO2-Abgabe zur alveolären Ventilation abhängig. Bei der Berechnung der Atemgasfraktionen müssen die entsprechenden Messwerte für gleiche Volumenmessbedingungen angegeben werden. Das bedeutet, dass Werte, die unter Körperbedingungen (BTPS) gemessen wurden, mit Hilfe der allgemeinen Gasgleichung auf Standardbedingungen (STPD) umzurechnen sind. Bei Ruheatmung betragt die alveolare O2- Fraktion 14 Vol.% und die alveoläre CO2-Fraktion 5,6 Vol.%. Die Atemgasfraktionen können fortlaufend registriert werden, wobei für die Messung der paramagnetischen Eigenschaften und von CO2 ihre Infrarotabsorption genutzt werden.

Für die Beschreibung des pulmonalen Gasaustausches ist es zweckmäßig, anstelle der Fraktionen die Partialdrücke der Atemgase nach dem Dalton-Gesetz (Gesammtdruck der Luft minus Druck von Wasser = 863xGasfraktion) einzuführen. Die alveolären Partialdrücke, die mit Hilfe der sog. Alveolarformel berechnet werden können, betragen unter Ruhebedingungen im Mittel 100 mm Hg 113,3 kPa) für O2 und 40 mm Hg (5,3 kPa) für CO2.

Aus der Alveolarformel folgt, dass die alveolären Atemgaspartialdrücke vom Verhältnis der alveolären Ventilation zur Lungenperfusion abhängig sind. Wird die Ventilation über die Stoffwechselbedürfnisse hinaus gesteigert, so kommt es zum Anstieg des O2- und zum Abfall des CO2- Partialdrucks in den Alveolen (Hyperventilation); eine Minderurg der Ventilation hat den gegenteiligen Effekt (Hypoventilation). Für die Kennzeichnung der Atmung unter pathologischen Bedingungen sind die Begriffe Apnoe, Dyspnoe, Orthopnoe und Asphyxie von Bedeutung.

Der pulmonale Gasaustausch laßt sich mit Hilfe des 1.Fickschen Diffusionsgesetzes beschreiben:

Danach ist der Diffusionsstrom der jeweiligen Partialdruckdifferenz und der Fläche proportional sowie der Schichtdicke umgekehrt proportional. Der Proportionalitätsfaktor, der Krogh-Diffusionskoeffizient, hat für CO2 einen etwa 23mal größeren Wert als für O2. Der längste Diffusionsweg ist im Inneren der Erythrozyten zu überwinden, wo jedoch der Diffusionsprozess durch "facilitated diffusion" beschleunigt wird. Während der Kontaktzeit von etwa 0,35 kommt es zum vollständigen Angleich der Partialdrücke im Blut an die Werte der Alveolarluft. Dabei werden in Ruhe etwa 300 ml O2 aufgenommen. Ein Maß für die Diffusionverhältnisse in der gesamten Lunge ist die Diffusionskapazität, die für einen Erwachsenen in Ruhe normalerweise 30 ml min-1 mm Hg-1 beträgt. Die Abnahme des Verhältnisses der O2-Diffusionskapazität zur Lungenperfusion kennzeichnet eine Diffusionsstörung.

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