Alveolärer Gasaustausch

Der alveoläre Gasaustausch ist die Übertragung von Sauerstoff und Kohlendioxid zwischen dem Gas in den Alveolen und dem Blut in den umgebenden pulmonalen Kapillaren. Die Alveole ist die funktionelle Einheit, in der inspirierte Luft auf venöses Blut trifft, und die Partialdrücke der Gase in ihr bestimmen die Gradienten, die den Austausch antreiben.

Definition

Der alveoläre Gasaustausch ist der diffusive Transfer von Sauerstoff aus dem alveolären Gas in das pulmonale Kapillarblut und von Kohlendioxid aus dem Blut in das alveoläre Gas, gesteuert durch die alveolären Partialdrücke dieser Gase.

Scope

Dieses Thema behandelt, wie die alveoläre Gaszusammensetzung etabliert wird, die alveoläre Gasgleichung als Verbindung zwischen inspiriertem Sauerstoff, Kohlendioxid-Elimination und alveolärer Sauerstoffspannung sowie die Konzepte der alveolären Ventilation, des Totraums und des Shunts, die bestimmen, wie vollständig das Kapillarblut mit dem alveolären Gas ins Gleichgewicht kommt. Es handelt sich um physiologisches Referenzmaterial, nicht um klinische Leitlinien.

Core questions

• Was bestimmt den Sauerstoffpartialdruck im alveolären Gas?
• Wie beeinflusst die alveoläre Ventilation den arteriellen Kohlendioxidpartialdruck?
• Warum wird ein Teil der inspirierten Luft als Totraum „verschwendet“, und wie beeinflusst dies den Austausch?
• Wie senken Shunt und venöse Beimischung den Sauerstoffgehalt des Blutes, das die Lunge verlässt?

Key concepts

• Alveoläre Partialdrücke (PaO2, PaCO2 des alveolären Gases)
• Alveoläre Gasgleichung
• Alveoläre Ventilation
• Anatomischer und physiologischer Totraum
• Shunt und venöse Beimischung
• Respiratorischer Quotient

Key theories

Alveoläre Gasgleichung

Der alveoläre Sauerstoffpartialdruck wird aus der inspirierten Sauerstoffspannung abzüglich der Kohlendioxid-Elimination, skaliert mit dem respiratorischen Quotienten, abgeleitet; diese Beziehung, formalisiert in der Analyse der idealen Alveolarluft, ermöglicht die Schätzung des alveolären Sauerstoffs aus messbaren Größen.

Mechanisms

Mit jedem Atemzug wird die inspirierte Luft erwärmt, befeuchtet und durch das residente alveoläre Gas verdünnt, sodass die alveoläre Sauerstoffspannung niedriger ist als die inspirierte und die alveoläre Kohlendioxidspannung das Gleichgewicht zwischen metabolischer Kohlendioxidproduktion und alveolärer Ventilation widerspiegelt. Sauerstoff und Kohlendioxid diffundieren dann über die dünne alveolokapilläre Barriere entlang ihrer Partialdruckgradienten, bis das Kapillarblut ein Gleichgewicht mit dem alveolären Gas erreicht. Regionen, die ventiliert, aber nicht perfundiert sind, tragen zum Totraum bei; Regionen, die perfundiert, aber nicht ventiliert sind, tragen zum Shunt bei. Die alveoläre Gasgleichung drückt die Abhängigkeit der alveolären Sauerstoffspannung von inspiriertem Sauerstoff, Kohlendioxid-Elimination und dem respiratorischen Quotienten aus.

Clinical relevance

Der Rahmen des alveolären Gasaustauschs liegt der Interpretation von arteriellen Blutgasen und der alveolär-arteriellen Sauerstoffdifferenz zugrunde, die zur Charakterisierung von Gasaustauschstörungen verwendet wird. Dieser Eintrag beschreibt diese Physiologie als Referenz und liefert keine diagnostischen Schwellenwerte oder Behandlungsempfehlungen.

Evidence & guidelines

Die hier dargestellten Konzepte sind Standard der respiratorischen Physiologie, gestützt durch die grundlegende Analyse der idealen Alveolarluft und durch integrative Übersichten des pulmonalen Gasaustauschs. Das Material ist deskriptive Physiologie und keine leitliniengesteuerte Praxis.

History

Die quantitative Behandlung des alveolären Gases geht auf die Arbeiten von Riley und Cournand Mitte des Jahrhunderts zurück, die ein „ideales“ alveoläres Kompartiment definierten, mit dem reale Lungen verglichen werden konnten, wodurch Totraum und Shunt aus Blut- und Gasmessungen geschätzt werden konnten. Nachfolgende Übersichten integrierten diese Ideen mit kontinuierlichen V/Q-Verteilungen und regionaler Bildgebung.

Key figures

• Richard Riley
• André Cournand
• John B. West

Seminal works

• riley-cournand-1949
• petersson-glenny-2014

Frequently asked questions

Warum ist der alveoläre Sauerstoff niedriger als der Sauerstoff in der Luft, die wir atmen?

Inspirierte Luft wird befeuchtet, wodurch Wasserdampf hinzugefügt wird, der sie verdünnt, und Sauerstoff wird kontinuierlich vom Blut aufgenommen, während Kohlendioxid hinzugefügt wird, sodass die alveoläre Sauerstoffspannung unter den inspirierten Wert sinkt.

Was ist Totraum?

Totraum ist der Teil jedes Atemzugs, der nicht am Gasaustausch teilnimmt, entweder weil er in den leitenden Atemwegen verbleibt (anatomisch) oder weil er Alveolen erreicht, die ventiliert, aber schlecht perfundiert sind (physiologisch).