Gasaustausch

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 12. März 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Ohne Atmung kein Stoffwechsel und ohne Stoffwechsel kein Leben. Somit sind der Mensch und alle Wirbeltiere auf den Gasaustausch per Lungenatmung angewiesen.

Was ist der Gasaustausch?

Ohne Atmung kein Stoffwechsel und ohne Stoffwechsel kein Leben. Somit sind der Mensch und alle Wirbeltiere auf den Gasaustausch per Lungenatmung angewiesen.

Aus der eingeatmeten Luft wird der für uns so lebensnotwendige Sauerstoff extrahiert, im Körper über den Blutkreislauf transportiert und in den Zellen verstoffwechselt. Das Abfallprodukt Kohlenstoffdioxid wird im Gegenzug über die Lungen wieder ausgeschieden.

Der Weg der Atemgase führt von der Außenwelt über die Atemorgane Mund oder Nase, Rachenraum, Luftröhre, Bronchien und Lungen. Dabei kann die Luft als Gasgemisch in die Komponenten Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoffdioxid und verschiedene Edelgase unterteilt werden. Jedoch kann der Organismus nur den Sauerstoff verwerten. Er dient als Aktivator der Nährstoffe, um Energie für die Mitochondrien, die Kraftwerke unserer Zellen, zu liefern.

Funktion & Aufgabe

Damit der Sauerstoff im Blut seinen Weg nehmen kann, wird eine Ventilation benötigt. Hiermit werden die Aktivitäten in den Atemorganen benannt, die die Luft auf die Lungenbläschen verteilen. Als Transportsystem betätigt sich der Blutkreislauf.

Das Hauptaugenmerk beim Gasaustausch im Körper liegt bei der Lunge. Die in den Bronchien vorgewärmte und befeuchtete Atemluft gelangt in die beiden Lungenlappen. Sie bestehen aus kleinsten Lungenbläschen, den Alveolen. Diese sind über eine durchlässigen Membran an feinsten Kapillargefäße angeschlossen. Sie wiederum verbinden sich über Verästelungen in immer größer werdende Blutgefäße, bis sie als Arterien und Venen über das Herz ihre Transportfunktion übernehmen.

Genau umgekehrt funktioniert der Austausch der verbrauchte Abluft. Hier gelangt das schädliche Kohlenstoffdioxid in die Alveolen. Dort wird es kurz gespeichert, um dann mit der ausgestoßenen Atemluft wieder den Organismus zu verlassen.

Der menschliche Organismus braucht circa 0,3 Liter Sauerstoff pro Minute, wenn er sich nicht stark bewegt. Betätigt sich der Mensch körperlich, erhöht sich anteilsmäßig der Sauerstoffverbrauch, da in den Muskelzellen mehr Sauerstoff verstoffwechselt wird. Das sind pro 24 Stunden circa 10.000 bis 20.000 Liter Luft, die der Organismus in der Lunge verarbeiten muss.

Dabei kommen den einzelnen Elementen des Atemtraktes weitere Aufgaben zu. So gibt es drei Phasen des Gasaustausches: zuerst wird aktiv die Atemluft in die Lungen transportiert, von dort gelangt sie durch Diffusion in den Blutkreislauf und hat anschließend ihr Ziel in den Zellen des Gewebes erreicht.

Sauerstoff wird überall im menschlichen Organismus benötigt, vor allem im Gehirn. Transportiert wird der Sauerstoff in alle Teile des Körpers über die roten Blutkörperchen, die Erythrozyten. Dort ist er gebunden an den Blutfarbstoff Hämoglobin. Hämoglobin ist ein organisches, eisenhaltiges Protein, an welches der Sauerstoff auf chemische Weise gebunden wird.

Der Sauerstoffbedarf trägt wesentlich zur Steuerung der Atmung bei. Bei Sauerstoffmangel wird die Atmung tiefer oder schneller. Bei langanhaltendem Sauerstoffmangel verengen sich die Blutgefäße der Lunge und setzen dem Herzen bei der Durchblutung vermehrt Widerstand entgegen. Dadurch wird das Herz belastet.

Krankheiten & Beschwerden

So zum Beispiel die Lungenfibrose. Hier wird gesundes Lungengewebe zu Narben ähnlichem Bindegewebe umgebildet. Ursachen hierfür können in Infektionen durch bestimmte Erreger liegen oder in einer Herzschwäche. Aber auch eingeatmete schädliche Stoffe, wie Staub oder gewisse Lösungsmittel können ursächliche sein.

Eine weitere Erkrankung, welche die Sauerstoffversorgung erschwert, ist ein Lungenemphysem. Dabei werden die Lungenbläschen zerstört und deren Trennwände, die Membrane aufgelöst. So bilden sich blasenartige Gebilde, in welchen sich die Atemluft staut. Luft ist dann in der Lunge zwar vorhanden, dennoch kommt es zur Atemnot und der Organismus leidet zunehmend unter Sauerstoffmangel. Rauchen, giftige Stoffe sowie häufige Infektionen der Atemwege können dafür Verursacher sein.

Eine akute Gefahr für den funktionierenden Gasaustausch kann eine sogenannte Pneumonie sein. Diese Lungenentzündung wird ausgelöst durch Bakterien - Streptococcus pneumoniae. Aber auch Viren und Pilzinfektionen können ein Auslöser sein. Betroffen von diesem Entzündungsvorgang können sowohl die Lungenbläschen, das Lungengewebe und auch die angegliederten Kapillargefäße sein.

Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung ist ein weiteres Krankheitsbild, welches die Sauerstoffversorgung des Körpers erheblich stört. Es handelt sicher hierbei um einen Überbegriff von Atemwege-einengenden-Gegebenheiten. Zuwenig Sauerstoff kann eingeatmet und ebenso wenig kann das Kohlenstoffdioxid ausgeatmet werden. Dies kann zu einer Atemdepression führen wodurch der Gasaustausch ist erheblich gestört ist.

Lebensbedrohlich wird im fortschreitenden Verlauf die Mukoviszidose. Betroffene leiden unter zähem, schwer abzuhustendem Schleim. Er bilden den Nährboden für Bakterien und krankheitsauslösende Keime. Abwehrzellen werden vom Körper gebildet, die Entzündungsstoffe freisetzen. Die Schleimhaut wird geschädigt und Zellkernmaterial wird aus den Zellen freigesetzt, wodurch den Schleim weiter an Zähigkeit zunimmt.

Aufklärung bei Atemwegserkrankungen kann eine Blutgasanalyse liefern. Die Werte des Sauerstoffs im Vergleich zum Kohlenstoffdioxids werden dabei verglichen und auch der ph-Wert wird ermittelt.

Quellen

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