Sauerstoffaufnahme

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 5. Februar 2017
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Sauerstoff (O2) ist für den Menschen essenziell. Die Sauerstoffaufnahme aus der Atemluft findet in der Lunge statt. Von dort wird das sauerstoffreiche Blut zu den Zellen transportiert. Diese benötigen den Sauerstoff im Rahmen der inneren Zellatmung zur Energiegewinnung.

Inhaltsverzeichnis

Was ist die Sauerstoffaufnahme?

Mit jedem Einatmen strömt die Atemluft über Nase, Mund und Rachen, die Luftröhre und die Bronchien in die Lunge. In der Lunge sitzen die sogenannten Alveolen, die Lungenbläschen. Die Alveolen sind weintraubenartig angeordnet. Die menschliche Lunge besteht schätzungsweise aus 300 Millionen Alveolen. Hier findet der Gasaustausch und somit auch die Sauerstoffaufnahme statt.

Um jedes Lungenbläschen herum finden sich Kapillargefäße, also kleine Blutgefäße. Die Grundlage des Stoffaustausches in der Lunge bildet die Diffusion. Die Diffusion ist ein physikalischer Prozess, der zu einer ausgewogenen Durchmischung zweier verschiedener Stoffe führt. Durch die Gefäße, die die Lungenbläschen umgeben, fließt sauerstoffarmes Blut, das aus dem gesamten Körper stammt und vom rechten Herz in die Lunge gepumpt wurde. Nach dem Einatmen befindet sich in den Lungenbläschen viel Sauerstoff. So wandert der Sauerstoff vom Ort der hohen Konzentration, also den Lungenbläschen, zu dem Ort mit der niedrigeren Konzentration, dem Blut in den Kapillargefäßen.

In Zusammenhang mit Gasen spricht man bei der Diffusion auch von sogenannten Partialdrücken. Jedes Gas übt einen Partialdruck aus. Der Partialdruck beschreibt den Anteil, den ein Gas am Gesamtdruck in einem Gasgemisch hat. In der Lunge wirken nun verschiedene Partialdrücke. In den Lungenalveolen herrscht ein hoher Sauerstoff-Partialdruck, während der O2-Partialdruck in den Kapillaren eher niedrig ist.

Sauerstoff (O2) ist für den Menschen essenziell. Die Sauerstoffaufnahme aus der Atemluft findet in der Lunge statt.

Somit tritt der Sauerstoff in die Lungenkapillaren über. Durch diesen Austausch stellt sich ein Gleichgewicht zwischen dem O2-Partialdruck in den Lungenbläschen und dem O2-Partialdruck in den umgebenden Gefäßen ein.

Für Kohlendioxid (CO2) besteht eine Partialdruckdifferenz in die entgegengesetzte Richtung. Das CO2 diffundiert also von den Lungenkapillaren in die Lungenbläschen und wird dann abgeatmet. Im Blut bindet sich der Sauerstoff an das Hämoglobin der roten Blutkörperchen. Von der Lunge gelangt das sauerstoffreiche Blut dann zum linken Herzen und wird im Körper verteilt.

Bei der Sauerstoffaufnahme der einzelnen Zellen spielt ebenfalls der Partialdruck eine Rolle. In den Körperzellen herrscht ein niedrigerer O2-Partialdruck als in den kleinen Blutgefäßen, die die Zellen versorgen. Genau wie in der Lunge diffundiert der Sauerstoff nun vom sauerstoffreichen Blut in die sauerstoffarmen Zellen.

Funktion & Aufgabe

Ohne Sauerstoff kann der Mensch nicht existieren, sodass der Sauerstofftransport und die Sauerstoffaufnahme lebensnotwendig sind. Sauerstoff selber enthält zwar keine Energie, er schafft aber die Voraussetzungen für die Energiegewinnung in den Körperzellen. Diesen Vorgang bezeichnet man auch als aerobe Atmung oder Zellatmung. Sie findet in den Mitochondrien der Zelle statt.

Mitochondrien sind Zellorganellen. Sie werden aufgrund ihrer Funktion auch als die Kraftwerke der Zelle bezeichnet. Für die Energiegewinnung benötigen die Mitochondrien Sauerstoff und Glukose, also Zucker. Durch verschiedene Stoffwechselprozesse innerhalb der Mitochondrienmatrix wird aus dem Zucker und dem Sauerstoff Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) gewonnen.

Die Zellatmung verläuft dabei in vier Schritten: Glykolyse, oxidative Decarboxylierung, Citratzyklus und Atmungskette. Bis auf die Glykolyse benötigen für einen reibungslosen Ablauf alle Vorgänge Sauerstoff. ATP ist ein universeller und vor allem unmittelbarer Energieträger. In jeder Zelle des Körpers werden pro Sekunde schätzungsweise 10 Millionen ATP-Moleküle verbraucht.

Nebenprodukte der Zellatmung sind Wasser und Kohlendioxid. Aus einem Molekül Traubenzucker können unter Sauerstoffeinfluss etwa 32 ATP-Moleküle gewonnen werden. Auch unter anaeroben Bedingungen kann Energie in Form von ATP gewonnen werden. Allerdings entsteht dort als Abfallprodukt Laktat. Dieses kann vor allem im Muskelgewebe zu Ermüdungserscheinungen führen. Zudem ist die Bilanz von 2 Molekülen ATP pro Glukosemolekül eher schlecht.

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Krankheiten & Beschwerden

Bei chronischen Lungenerkrankungen ist die Sauerstoffaufnahme in der Lunge stark eingeschränkt. Folge einer chronisch obstruktiven Lungenerkrankung (COPD) ist häufig das Lungenemphysem. Durch die chronische Obstruktion der Atemwege verbleibt beim Ausatmen Luft in den Lungenbläschen. Dies führt schlussendlich zu einer Überblähung der Lungenbläschen. Die Trennwände zwischen den einzelnen Alveolen werden zerstört und es bildet sich ein großer Luftraum innerhalb der Lunge. Hier kann kein Gasaustausch mehr stattfinden und die Sauerstoffaufnahme ist dementsprechend verhindert. Patienten mit einem Lungenemphysem leiden unter Atemnot und einer Zyanose, also einer Blaufärbung der Haut und der Schleimhäute.

Wird das Lungenfunktionsgewebe bindegewebig umgebaut, spricht man von einer Lungenfibrose. Diese kann beispielsweise durch Autoimmunerkrankungen oder Asbestbelastungen verursacht werden. Zwischen den Lungenbläschen und den Lungenkapillaren bildet sich Bindegewebe. Dadurch wird die Sauerstoffaufnahme behindert. Die Symptome der Lungenfibrose sind Luftnot, eine geringe Belastbarkeit und ständiger Husten.

Schwere Lungenerkrankungen wie fortgeschrittene Fibrosen oder ein fortgeschrittenes Lungenemphysem können eine Sauerstofftherapie zum Ausgleich des Sauerstoffdefizits erforderlich machen.

Doch auch bei gesunder Lunge, normaler Einatmung und einem normalen Sauerstoffgehalt in der Atemluft, kann es zu einem Sauerstoffmangel kommen. Ursache ist hier eine mangelnde Aufnahmekapazität der roten Blutkörperchen aufgrund einer Anämie. Der Sauerstoff gelangt zwar von den Lungenbläschen ins Blut, kann sich aber nicht an die roten Blutkörperchen binden. Selbes gilt bei einer Vergiftung mit Kohlenmonoxid. Das Gas bindet sich an das Hämoglobin und blockiert somit den Platz, den die Sauerstoffmoleküle einnehmen würden. Eine Kohlenmonoxidvergiftung kann innerhalb kürzester Zeit tödlich verlaufen.

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