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Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid

Von

Rebecca Dezube

, MD, MHS, Johns Hopkins University

Letzte vollständige Überprüfung/Überarbeitung Jun 2019| Inhalt zuletzt geändert Jun 2019
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Quellen zum Thema

Die Hauptfunktion des Atmungssystems ist die Aufnahme von Sauerstoff und die Abgabe von Kohlendioxid. Eingeatmeter Sauerstoff tritt in die Lunge ein und erreicht die Alveolen. Die Zellschichten, die Alveolen und Kapillaren umgeben, sind jeweils nur eine Zelle dick und stehen somit in sehr engem Kontakt miteinander. Die Trennschicht zwischen Luft und Blut misst durchschnittlich nur etwa 1 Mikrometer (1/10.000 Zentimeter) in der Breite. Sauerstoff tritt durch diese Blut-Luft-Schranke schnell in das Blut der Kapillaren über. In ähnlicher Weise tritt das Kohlendioxid aus dem Blut in die Alveolen über und wird dann ausgeatmet.

Mit Sauerstoff angereichertes Blut gelangt von der Lunge durch die Lungenvenen in die linke Seite des Herzens, von wo es durch den Körper gepumpt wird (siehe Funktion des Herzens). Sauerstoffarmes und mit Kohlendioxid angereichertes Blut kehrt durch zwei große Venen, die obere und untere Hohlvene (Vena cava superior und Vena cava inferior), zur rechten Seite des Herzens zurück. Anschließend wird das Blut durch die Lungen- oder Pulmonalarterie in die Lunge gepumpt, wo es Sauerstoff aufnimmt und Kohlendioxid abgibt.

Um die Aufnahme von Sauerstoff und Abgabe von Kohlendioxid zu gewährleisten, werden pro Minute etwa fünf bis acht Liter Luft in die Lungen gepumpt, und selbst im Ruhezustand werden pro Minute etwa 0,3 Liter Sauerstoff aus den Alveolen in das Blut überführt. Gleichzeitig tritt eine ähnlich große Menge Kohlendioxid aus dem Blut in die Alveolen über und wird ausgeatmet. Bei körperlicher Aktivität können mehr als 100 Liter Luft pro Minute ein- und ausgeatmet werden. Aus diesem Luftvolumen kann der Körper 3 Liter Sauerstoff pro Minute aufnehmen. Die Geschwindigkeit, mit welcher der Körper Sauerstoff aufnimmt, ist ein Maß für die vom Körper verbrauchte Energiemenge. Das Ein- und Ausatmen wird durch die Atemmuskulatur ermöglicht.

Gas Exchange Between Alveolar Spaces and Capillaries

Das Atmungssystem dient dem Austausch zweier Gase: dem Sauerstoff und dem Kohlendioxid. Der Gasaustausch findet in den Millionen von Lungenbläschen (Alveolen) in der Lunge sowie in den sie umgebenden Kapillaren statt. Wie unten dargestellt, gelangt eingeatmeter Sauerstoff von den Alveolen ins Blut in den Kapillaren und Kohlendioxid aus dem Blut in den Kapillaren in die Luft in den Alveolen.

Gas Exchange Between Alveolar Spaces and Capillaries

Für den Übertritt von Sauerstoff aus der Umgebungsluft in das durch die Lunge fließende Blut sind drei Vorgänge notwendig: Atmung, Diffusion und Perfusion.

  • Bei der Atmung fließt Luft in die Lunge hinein und wieder heraus.

  • Diffusion ist die Eigenbewegung von Gasen, für die weder Energie noch körperliche Anstrengung benötigt wird und die zwischen dem Gas in den Alveolen und dem Blut in den Kapillaren in der Lunge stattfindet.

  • Perfusion ist der Prozess, mit dem das Herz-Kreislauf-System das Blut durch die Lunge pumpt.

Der Kreislauf des Körpers ist eine lebensnotwendige Verbindung zwischen der sauerstoffhaltigen Atmosphäre und den sauerstoffverbrauchenden Körperzellen. So hängt zum Beispiel die Sauerstoffversorgung der Muskelzellen im ganzen Körper nicht nur von der Lunge ab, sondern auch von der Sauerstoffsättigung des Bluts und der Fähigkeit des Kreislaufs, dieses Blut zu den Muskeln zu bringen. Zusätzlich gelangt ein kleiner Teil des Blutes, das vom Herzen gepumpt wird, in die Bronchialarterien und versorgt die Atemwege.

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